常用的电平转换方案.pdf

常用的电平转换方案 1，TTL 电平(什么是 TTL 电平)： 输出高电平>2.4V,输出低电平=2.0V，输入低电平cmos 3.3v），所以互相连接时需要电平的转换：就是用两个电阻对电平分压，没有什么高深的东西哈哈 4，OC 门，即集电极开路门电路，OD 门，即漏极开路门电路，必须外界上拉电阻和电源才能将开关电平作为高低电平用否则它一般只作为开关大电压和大电流负载，所以又叫做驱动门电路 5，TTL 和 COMS 电路比较： 1）TTL 电路是电流控制器件，而 coms 电路是电压控制器件 2）TTL 电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)，但是功耗大COMS 电路的速度慢，传输延迟时间长(25-50ns),但功耗低COMS 电路本身的功耗与输入信号的脉冲频率有关，频率越高，芯片集越热，这是正常现象 3）COMS 电路的锁定效应： COMS 电路由于输入太大的电流，内部的电流急剧增大，除非切断电源，电流一直在增大这种效应就是锁定效应当产生锁定效应时，COMS 的内部电流能达到 40mA 以上，很容易烧毁芯片 防御措施： 1）在输入端和输出端加钳位电路，使输入和输出不超过不超过规定电压。

2）芯片的电源输入端加去耦电路，防止 VDD 端出现瞬间的高压 3）在 VDD 和外电源之间加线流电阻，即使有大的电流也不让它进去 4）当系统由几个电源分别供电时，开关要按下列顺序：开启时，先开启 COMS 电路得电源，再开启输入信号和负载的电源；关闭时，先关闭输入信号和负载的电源，再关闭 COMS 电路的电源 6，COMS 电路的使用注意事项 1）COMS 电路时电压控制器件，它的输入总抗很大，对干扰信号的捕捉能力很强所以，不用的管脚不要悬空，要接上拉电阻或者下拉电阻，给它一个恒定的电平 2）输入端接低内组的信号源时，要在输入端和信号源之间要串联限流电阻，使输入的电流限制在 1mA 之内 3）当接长信号传输线时，在 COMS 电路端接匹配电阻 4）当输入端接大电容时，应该在输入端和电容间接保护电阻电阻值为 R=V0/1mA.V0 是外界电容上的电压 5）COMS 的输入电流超过 1mA，就有可能烧坏 COMS 7，TTL 门电路中输入端负载特性（输入端带电阻特殊情况的处理）： 1）悬空时相当于输入端接高电平因为这时可以看作是输入端接一个无穷大的电阻 2）在门电路输入端串联 10K 电阻后再输入低电平，输入端出呈现的是高电平而不是低电平。

因为由 TTL 门电路的输入端负载特性可知，只有在输入端接的串联电阻小于 910 欧时，它输入来的低电平信号才能被门电路识别出来，串联电阻再大的话输入端就一直呈现高电平这个一定要注意COMS 门电路就不用考虑这些了 8，TTL 电路有集电极开路 OC 门，MOS 管也有和集电极对应的漏极开路的 OD 门，它的输出就叫做开漏输出OC 门在截止时有漏电流输出，那就是漏电流，为什么有漏电流呢？那是因为当三机管截止的时候，它的基极电流约等于 0，但是并不是真正的为 0，经过三极管的集电极的电流也就不是真正的 0，而是约 0而这个就是漏电流开漏输出：OC 门的输出就是开漏输出；OD 门的输出也是开漏输出它可以吸收很大的电流，但是不能向外输出的电流所以，为了能输入和输出电流，它使用的时候要跟电源和上拉电阻一齐用OD 门一般作为输出缓冲/驱动器、电平转换器以及满足吸收大负载电流的需要 9，什么叫做图腾柱，它与开漏电路有什么区别？ TTL 集成电路中，输出有接上拉三极管的输出叫做图腾柱输出，没有的叫做 OC 门因为 TTL 就是一个三级关，图腾柱也就是两个三级管推挽相连所以推挽就是图腾一般图腾式输出，高电平 400UA，低电平 8MA 1.常用的电平转换方案 (1) 晶体管+上拉电阻法 就是一个双极型三极管或 MOSFET，C/D 极接一个上拉电阻到正电源，输入电平很灵活，输出电平大致就是正电源电平。

(2) OC/OD 器件+上拉电阻法 跟 1) 类似适用于器件输出刚好为 OC/OD 的场合 (3) 74xHCT 系列芯片升压 (3.3V→5V) 凡是输入与 5V TTL 电平兼容的 5V CMOS 器件都可以用作 3.3V→5V 电平转换 ——这是由于 3.3V CMOS 的电平刚好和 5V TTL 电平兼容（巧合），而 CMOS 的输出电平总是接近电源电平的 廉价的选择如 74xHCT(HCT/AHCT/VHCT/AHCT1G/VHCT1G/...) 系列 (那个字母 T 就表示 TTL 兼容) (4) 超限输入降压法 (5V→3.3V, 3.3V→1.8V, ...) 凡是允许输入电平超过电源的逻辑器件，都可以用作降低电平 这里的“超限”是指超过电源，许多较古老的器件都不允许输入电压超过电源，但越来越多的新器件取消了这个限制 (改变了输入级保护电路) 例如，74AHC/VHC 系列芯片，其 datasheets 明确注明“输入电压范围为 0~5.5V”，如果采用 3.3V 供电，就可以实现 5V→3.3V 电平转换 (5) 专用电平转换芯片 最著名的就是 164245，不仅可以用作升压/降压，而且允许两边电源不同步。

这是最通用的电平转换方案，但是也是很昂贵的 (俺前不久买还是￥45/片，虽是零售，也贵的吓人)，因此若非必要，最好用前两个方案 (6) 电阻分压法 最简单的降低电平的方法5V 电平，经 1.6k+3.3k 电阻分压，就是 3.3V (7) 限流电阻法 如果嫌上面的两个电阻太多，有时还可以只串联一个限流电阻某些芯片虽然原则上不允许输入电平超过电源，但只要串联一个限流电阻，保证输入保护电流不超过极限(如 74HC 系列为 20mA)，仍然是安全的 (8) 无为而无不为法 只要掌握了电平兼容的规律某些场合，根本就不需要特别的转换例如，电路中用到了某种 5V 逻辑器件，其输入是 3.3V 电平，只要在选择器件时选择输入为 TTL 兼容的，就不需要任何转换，这相当于隐含适用了方法 3) (9) 比较器法 算是凑数，有人提出用这个而已，还有什么运放法就太恶搞了 2. 电平转换的“五要素” (1) 电平兼容 解决电平转换问题，最根本的就是要解决逻辑器件接口的电平兼容问题而电平兼容原则就两条： VOH > VIH VOL VN+ |VOL-VIL| > VN- 其中，VN+和 VN-表示正负噪声容限。

只要掌握这个原则，熟悉各类器件的输入输出特性，可以很自然地找到合理方案，如前面的方案(3)(4)都是正确利用器件输入特性的例子 (2) 电源次序 多电源系统必须注意的问题某些器件不允许输入电平超过电源，如果没有电源时就加上输入，很可能损坏芯片这种场合性能最好的办法可能就是方案(5)——164245如果速度允许，方案(1)(7)也可以考虑 (3) 速度/频率 某些转换方式影响工作速度，所以必须注意像方案(1)(2)(6)(7)，由于电阻的存在，通过电阻给负载电容充电，必然会影响信号跳沿速度为了提高速度，就必须减小电阻，这又会造成功耗上升这种场合方案(3)(4)是比较理想的 (4) 输出驱动能力 如果需要一定的电流驱动能力，方案(1)(2)(6)(7)就都成问题了这一条跟上一条其实是一致的，因为速度问题的关键就是对负载电容的充电能力 (5) 路数 某些方案元器件较多，或者布线不方便，路数多了就成问题了例如总线地址和数据的转换，显然应该用方案(3)(4)，采用总线缓冲器芯片(245,541,16245...)，或者用方案(5) 如果只有一两个信号要转换，弄个 16245 固然罗嗦，就是 74AHC04 之类的 SO-14 的芯片，也嫌大了，这是可以考虑 TI 或 Onsemi 的单/双门逻辑系列，如 74AHC1G04, 74AHCT1G04...可以节省板面积、优化布线。

(6) 成本&供货 前面说的 164245 就存在这个问题五要素”冒出第 6 个，因为这是非技术因素，而且太根本了，以至于可以忽略 对 TTL 电平来说，主要是用在 VDD=5V 时，其定义一般位 VH=2.4V, VL=0.4V.注意其高低电平的定义是常数，就是说不论电源是 5V 还是3V，高低电平是确定的 （其高低电平的的中间线为 1.4V,不随 VDD 变化而变化） 对 CMOS 电平来说，其定义一般为 VH=80%VDD（或 70%VDD） ，VL=20%VDD（30%VDD） 他的高低电平是跟 VDD 有关的，是个百分比关系其高低电平的的中间线为 50%VDD,随 VDD 变化而变化 TTL 电平： 输出高电平 〉2.4V 输出低电平 〈0.4V 在室温下，一般输出高电平是 3.5V 输出低电平是 0.2V 最小输入高电平和低电平 输入高电平 〉=2.0V 输入低电平 《=0.8V 它的噪声容限是 0.4V. CMOS 电平： 1 逻辑电平电压接近于电源电压，0 逻辑电平接近于 0V而且具有很宽的噪声容限 电平转换电路：因为 TTL 和 COMS 的高低电平的值不一样（ttl 5v《＝＝》cmos 3。

3v），所以互相连接时需要电平的转换：就 是用两个电阻对电平分压，没有什么高深的东西 OC 门，即集电极开路门电路，它必须外界上拉电阻和电源才能将开关电平作为高低电平用否则它一般只作为开关大电压和 大电流负载，所以 又叫做驱动门电路 TTL 和 COMS 电路比较： 1、TTL 电路是电流控制器件，而 coms 电路是电压控制器件 2、TTL 电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)，但是功耗大 COMS 电路的速度慢，传输延迟时间长(25--50ns),但功耗低 COMS 电路本身的功耗与输入信号的脉冲频率有关，频率越高，芯片集越热，这是正常现象 3、COMS 电路的锁定效应： COMS 电路由于输入太大的电流，内部的电流急剧增大，除非切断电源，电流一直在增大这种效应就是锁定效应当产生 锁定效应时，COMS 的内部电流能达到 40mA 以上，很容易烧毁芯片 防御措施： (1)、在输入端和输出端加钳位电路，使输入和输出不超过不超过规定电压 (2)、芯片的电源输入端加去耦电路，防止 VDD 端出现瞬间的高压 (3)、在 VDD 和外电源之间加线流电阻，即使有大的电流也不让它进去 (4)、当系统由几个电源分别供电时，开关要按下列顺序：开启时，先开启 COMS 电路得电源，再开启输入信号和负载的电 源；关闭时，先关闭输入信号和负载的电源，再关闭 COMS 电路的电源。

4、COMS 电路的使用注意事项 (1)、COMS 电路时电压控制器件，它的输入总抗很大，对干扰信号的捕捉能力很强所以，不用的管脚不要悬空，要接上拉 电阻或者下拉电阻，给它一个恒定的电平 (2)、输入端接低内组的信号源时，要在输入端和信号源之间要串联限流电阻，使输入的电流限制在 1mA 之内 (3)、当接长信号传输线时，在 COMS 电路端接匹配电阻 (4)、当输入端接大电容时，应该在输入端和电容间接保护电阻电阻值为 R=V0/1mA.V0 是外界电容上的电压 (5)、COMS 的输入电流超过 1mA，就有可能烧坏 COMS 5、TTL 门电路中输入端负载特性（输入端带电阻特殊情况的处理）： 1、悬空时相当于输入端接高电平因为这时可以看作是输入端接一个无穷大的电阻 2、在门电路输入端串联 10K 电阻后再输入低电平，输入端出呈现的是高电平而不是低电平因为由 TTL 门电路的输入端负载 特性可知，只有在输入端接的串联电阻小于 910 欧时，它输入来的低电平信号才能被门电路识别出来，串联电阻再大的话输入 端就一直呈现高电平这个一定要注意 COMS 门电路就不用考虑这。