我们知道，在电路系统的各个子模块进行数据交换时可能会存在一些问题导致信号无法正常、高质量地“流通”，例如有时电路子模块各自的工作时序有偏差（如CPU与外设）或者各自的信号类型不一致（如传感器检测光信号）等，这时我们应该考虑通过相应的接口方式来很好地处理这个问题。
下面就电路设计中7个常用的接口类型的关键点进行说明一下：
（1）TTL电平接口：这个接口类型基本是老生常谈的吧，从上大学学习模拟电路、数字电路开始，对于一般的电路设计，TTL电平接口基本就脱不了“干系”！它的速度一般限制在30MHz以内，这是由于BJT的输入端存在几个pF的输入电容的缘故（构成一个LPF），输入信号超过一定频率的话，信号就将“丢失”。它的驱动能力一般最大为几十个毫安。正常工作的信号电压一般较高，要是把它和信号电压较低的ECL电路接近时会产生比较明显的串扰问题。
（2）CMOS电平接口：我们对它也不陌生，也是经常和它打交道了，一些关于CMOS 的半导体特性在这里就不必啰嗦了。许多人都知道的是，正常情况下CMOS的功耗和抗干扰能力远优于TTL。但是！鲜为人知的是，在高转换频率时，CMOS系列实际上却比TTL消耗更多的功率，至于为什么是这样，请去问半导体物理理论吧。由于CMOS的工作电压目前已经可以很小了，有的FPGA内核工作电压甚至接近1.5V，这样就使得电平之间的噪声容限比TTL小了很多，因此更加加重了由于电压波动而引发的信号判断错误。众所周知，CMOS电路的输入阻抗是很高的，因此，它的耦合电容容量可以很小，而不需要使用大的电解电容器了。由于CMOS 电路通常驱动能力较弱，所以必须先进行TTL转换后再驱动ECL电路。此外，设计CMOS接口电路时，要注意避免容性负载过重，否则的话会使得上升时间变慢，而且驱动器件的功耗也将增加（因为容性负载并不耗费功率）。
（3）ECL电平接口：这可是计算机系统内部的老朋友啊！因为它的速度“跑”得够快，甚至可以跑到几百MHz！这是由于ECL内部的BJT在导通时并没有处于饱和状态，这样就可以减少BJT的导通和截止时间，工作速度自然也就可以提上去了。But，这是要付出代价的！它的致命伤：功耗较大！它引发的EMI问题也就值得考虑了，抗干扰能力也就好不到哪去了，要是谁能够折中好这两点因素的话，那么他（她）就该发大财了。还有要注意的是，一般ECL集成电路是需要负电源供电的，也就是说它的输出电压为负值，这时就需要专门的电平移动电路了。
（4）RS-232电平接口：玩电子技术的基本没有谁不知道它的了（除非他或她只是电子技术专业的“门外汉”）。它是低速串行通信接口标准，要注意的是，它的电平标准有点“反常”：高电平为-12V，而低电平为+12V。So，当我们试图通过计算机与外设进行通信时，一个电平转换芯片MAX232自然是少不了的了。但是我们得清醒地意识到它的一些缺点，例如数据传输速度还是比较慢、传输距离也较短等。
（5）差分平衡电平接口：它是用一对接线端A和B的相对输出电压（uA-uB）来表示信号的，一般情况下，这个差分信号会在信号传输时经过一个复杂的噪声环境，导致两根线上都产生基本上相同数量的噪声，而在接收端将会把噪声的能量
给抵消掉，因此它能够实现较远距离、较高速率的传输。工业上常用的RS-485接口采用的就是差分传输方式，它具有很好的抗共模干扰能力。
（6）光隔离接口：光电耦合是以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递的，它的“好处”就是能够实现电气隔离，因此它有出色的抗干扰能力。在电路工作频率很高的条件下，基本只有高速的光电隔离接口电路才能满足数据传输的需要。有时为了实现高电压和大电流的控制，我们必须设计和使用光隔离接口电路来连接如上所述的这些低电平、小电流的TTL或CMOS电路，因为光隔离接口的输入回路和输出回路之间可以承受几千伏特的高压，足以满足一般的应用了。此外，光隔离接口的输入部分和输出部分必须分别采用独立的电源，否则的话还是有电气联系，也就不叫隔离了。
（7）线圈耦合接口：它的电气隔离特性好，但是允许的信号带宽有限。例如变压器耦合，它的功率传输效率是非常高的，输出功率基本接近其输入功率，因此，对于一个升压变压器来说，它可以有较高的输出电压，但是却只能给出较低的电流。此外，变压器的高频和低频特性并不让人乐观，但是它的最大特点就是可以实现阻抗变换，当匹配得当时，负载可以获得足够大的功率，因此，变压器耦合接口在功率放大电路设计中很“吃香”。
常用电平及接口电平
目录 一.常用逻辑电平标准 (3) 1.1 COMS电平 (4) 1.2 LVCOMS电平 (5) 2.1 TTL电平 (5) 2.2 LVTTL电平 (5) 3.1 LVDS电平 (6) 4.1 PECL(VCC=5V)/LVPECL(VCC=3.3V)电平 (7) 5.1 CML电平 (7) 6.1 VML电平 (7) 7.1 HSTL电平 (8) 7.2 SSTL电平 (8) 二．常用接口电平标准 (9) 1. RS232、RS485、 RS422 (9) 2 DDR1 ,DDR2,DDR3 (10) 3 PCIE2. 0、PCIE3.0 (11) 4 USB2.0, USB3.0 (13) 5 SATA2.0, SATA3.0 (14) 6 GTX高速接口 (14)
一.常用逻辑电平标准 附图1： 附图2：
附图3： 附图4： 1.1 COMS电平 电平参数条件最大值典型值最小值单位备注电源电压（VCC） 5.5 5 4.5 V 输入高压（VIH） 3.5 V 输入低压（VIL) 1.5 V 输出高压（VOH) 4.44 V 输出低压（VOL）0.5 V 共模电压（VT） 2.5 V
传输延迟时间(25-50ns) 最高速率 耦合方式 1.2 LVCOMS电平 LVCOMS电平参数条件最大值典型值最小值单位备注电源电压（VCC） 3.6 3.3 2.7 V 输入高压（VIH）0.7VCC V 输入低压（VIL) 0.2VCC V 输出高压（VOH) VCC-0.1 V 输出低压（VOL）0.1 V 共模电压（VT）0.5VCC V 最高速率 耦合方式 2.1 TTL电平 电平参数条件最大值典型值最小值单位备注电源电压（VCC） 5.5 5 4.5 V 输入高压（VIH） 2 V 输入低压（VIL) 0.8 V 输出高压（VOH) 2.4 V 输出低压（VOL）0.5 V 共模电压（VT） 1.5 V 传输延迟时间(5-10ns)， 最高速率 耦合方式 2.2 LVTTL电平 电平参数条件最大值典型值最小值单位备注
详解电平种类与电平转换 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)。
我们知道，在电路系统的各个子模块进行数据交换时可能会存在一些问题导致信号无法正常、高质量地“流通”，例如有时电路子模块各自的工作时序有偏差（如CPU与外设）或者各自的信号类型不一致（如传感器检测光信号）等，这时我们应该考虑通过相应的接口方式来很好地处理这个问题。 下面就电路设计中7个常用的接口类型的关键点进行说明一下： （1）TTL电平接口：这个接口类型基本是老生常谈的吧，从上大学学习模拟电路、数字电路开始，对于一般的电路设计，TTL电平接口基本就脱不了“干系”！它的速度一般限制在30MHz以内，这是由于BJT的输入端存在几个pF的输入电容的缘故（构成一个LPF），输入信号超过一定频率的话，信号就将“丢失”。它的驱动能力一般最大为几十个毫安。正常工作的信号电压一般较高，要是把它和信号电压较低的ECL电路接近时会产生比较明显的串扰问题。 （2）CMOS电平接口：我们对它也不陌生，也是经常和它打交道了，一些关于CMOS 的半导体特性在这里就不必啰嗦了。许多人都知道的是，正常情况下CMOS的功耗和抗干扰能力远优于TTL。但是！鲜为人知的是，在高转换频率时，CMOS系列实际上却比TTL消耗更多的功率，至于为什么是这样，请去问半导体物理理论吧。由于CMOS的工作电压目前已经可以很小了，有的FPGA内核工作电压甚至接近1.5V，这样就使得电平之间的噪声容限比TTL小了很多，因此更加加重了由于电压波动而引发的信号判断错误。众所周知，CMOS电路的输入阻抗是很高的，因此，它的耦合电容容量可以很小，而不需要使用大的电解电容器了。由于CMOS 电路通常驱动能力较弱，所以必须先进行TTL转换后再驱动ECL电路。此外，设计CMOS接口电路时，要注意避免容性负载过重，否则的话会使得上升时间变慢，而且驱动器件的功耗也将增加（因为容性负载并不耗费功率）。 （3）ECL电平接口：这可是计算机系统内部的老朋友啊！因为它的速度“跑”得够快，甚至可以跑到几百MHz！这是由于ECL内部的BJT在导通时并没有处于饱和状态，这样就可以减少BJT的导通和截止时间，工作速度自然也就可以提上去了。But，这是要付出代价的！它的致命伤：功耗较大！它引发的EMI问题也就值得考虑了，抗干扰能力也就好不到哪去了，要是谁能够折中好这两点因素的话，那么他（她）就该发大财了。还有要注意的是，一般ECL集成电路是需要负电源供电的，也就是说它的输出电压为负值，这时就需要专门的电平移动电路了。 （4）RS-232电平接口：玩电子技术的基本没有谁不知道它的了（除非他或她只是电子技术专业的“门外汉”）。它是低速串行通信接口标准，要注意的是，它的电平标准有点“反常”：高电平为-12V，而低电平为+12V。So，当我们试图通过计算机与外设进行通信时，一个电平转换芯片MAX232自然是少不了的了。但是我们得清醒地意识到它的一些缺点，例如数据传输速度还是比较慢、传输距离也较短等。 （5）差分平衡电平接口：它是用一对接线端A和B的相对输出电压（uA-uB）来表示信号的，一般情况下，这个差分信号会在信号传输时经过一个复杂的噪声环境，导致两根线上都产生基本上相同数量的噪声，而在接收端将会把噪声的能量
一些电平标准 下面总结一下各电平标准，和新手以及有需要的人共享一下^_^. 现在常用的电平标准有TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、ECL、PECL、LVPECL、RS232、RS485等，还有一些速度比较高的LVDS、GTL、PGTL、CML、HSTL、SSTL等。下面简单介绍一下各自的供电电源、电平标准以及使用注意事项。 TTL：Transistor-Transistor Logic 三极管结构。 Vcc：5V；VOH>=2.4V；VOL<=0.5V；VIH>=2V；VIL<=0.8V。 因为2.4V与5V之间还有很大空闲，对改善噪声容限并没什么好处，又会白白增大系统功耗，还会影响速度。所以后来就把一部分“砍”掉了。也就是后面的LVTTL。 LVTTL又分3.3V、2.5V以及更低电压的LVTTL(Low Voltage TTL)。 3.3V LVTTL： Vcc：3.3V；VOH>=2.4V；VOL<=0.4V；VIH>=2V；VIL<=0.8V。 2.5V LVTTL： Vcc：2.5V；VOH>=2.0V；VOL<=0.2V；VIH>=1.7V；VIL<=0.7V。 更低的LVTTL不常用就先不讲了。多用在处理器等高速芯片，使用时查看芯片手册就OK了。 TTL使用注意：TTL电平一般过冲都会比较严重，可能在始端串22欧或33欧电阻； TTL电平输入脚悬空时是内部认为是高电平。要下拉的话应用1k以下电阻下拉。TTL输出不能驱动CMOS输入。 CMOS：Complementary Metal Oxide Semiconductor PMOS+NMOS。 Vcc：5V；VOH>=4.45V；VOL<=0.5V；VIH>=3.5V；VIL<=1.5V。 相对TTL有了更大的噪声容限，输入阻抗远大于TTL输入阻抗。对应3.3V LVTTL，出现了LVCMOS，可以与3.3V的LVTTL直接相互驱动。 3.3V LVCMOS： Vcc：3.3V；VOH>=3.2V；VOL<=0.1V；VIH>=2.0V；VIL<=0.7V。 2.5V LVCMOS： Vcc：2.5V；VOH>=2V；VOL<=0.1V；VIH>=1.7V；VIL<=0.7V。 CMOS使用注意：CMOS结构内部寄生有可控硅结构，当输入或输入管脚高于VCC一定值(比如一些芯片是0.7V)时，电流足够大的话，可能引起闩锁效应，导致芯片的烧毁。 ECL：Emitter Coupled Logic 发射极耦合逻辑电路(差分结构) Vcc=0V；Vee：-5.2V；VOH=-0.88V；VOL=-1.72V；VIH=-1.24V；VIL=-1.36V。 速度快，驱动能力强，噪声小，很容易达到几百M的应用。但是功耗大，需要负电源。为简化电源，出现了PECL(ECL结构，改用正电压供电)和LVPECL。 PECL：Pseudo/Positive ECL Vcc=5V；VOH=4.12V；VOL=3.28V；VIH=3.78V；VIL=3.64V LVPELC：Low Voltage PECL
在各个领域中常用芯片汇总 1. 音频pcm编码DA转换芯片cirrus logic的cs4344，cs4334，4334是老封装，据说已经停产，4344封装比较小，非常好用。还有菲利谱的8211等。 2. 音频放大芯片4558，833，此二芯片都是双运放。为什么不用324等运放个人觉得应该是对音频的频率响应比较好。 3. 74HC244和245，由于244是单向a=b的所以只是单向驱动。而245是用于数据总线等双向驱动选择。同时245的封装走线非常适合数据总线，它按照顺序d7-d0。 4. 373和374，地址锁存器，一个电平触发，一个沿触发。373用在单片机p0地址锁存，当然是扩展外部ram的时候用到62256。374有时候也用在锁数码管内容显示。 5. max232和max202，有些为了节约成本就用max202，主要是驱动能力的限制。 6. 网络接口变压器。需要注意差分信号的等长和尽量短的规则。 7. amd29系列的flash，有bottom型和top型，主要区别是loader区域设置在哪里？bottom型的在开始地址空间，top型号的在末尾地址空间，我感觉有点反，但实际就是这么命名的。 8. 164，它是一个串并转换芯片，可以把串行信号变为并行信号，控制数码管显示可以用到。 9. sdram，ddrram，在设计时候通常会在数据地址总线上加22，33的电阻，据说是为了阻抗匹配，对于这点我理论基础学到过，但实际上没什么深刻理解。 10. 网卡控制芯片ax88796，rtl8019as，dm9000ae当然这些都是用在isa总线上的。 11. 24位AD：CS5532，LPC2413效果还可以 12. 仪表运放：ITL114，不过据说功耗有点大 13. 音频功放：一般用LM368 14. 音量控制IC. PT2257/9. 15. PCM双向解/编码ADC/DAC CW6691.
TTL电平和CMOS电平总结 1，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，噪声容限是0.4V。2，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。 3，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 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和外电源之间加限流电阻，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）输入端接低内阻的信号源时，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
1概要 随着通讯速度的提升，出现了很多差分传输接口，以提升性能，降低电源功耗和成本。早期的技术，诸如emitter-coupled logic（ECL），使用不变的负电源供电，在当时用以提升噪声抑制。随着正电压供电技术发展，诸如TTL和CMOS技术，原先的技术优点开始消失，因为他们需要一些-5.2V或-4.5V的电平。在这种背景下，ECL转变为positive/pseduo emitter-coupled logic （PECL）,简化了板级布线，摒弃了负电平供电。PECL要求提供800mV的电压摆幅，并且使用5V对地的电压。LVPECL类似于PECL也就是3.3V供电，其在电源功耗上有着优点。 当越来越多的设计采用以CMOS为基础的技术，新的高速驱动电路开始不断涌现，诸如current mode lo gic（CML），votage mode logic（VML），low-voltage differential signaling（LVDS）。这些不同的接口要求不同的电压摆幅，在一个系统中他们之间的连接也需要不同的电路。 本应用手册主要内容为：TI的不同的SERDES器件，输入输出结构，多种高速驱动器，以及偏置和终端电路。 在不同的接口之间，往往采用交流耦合的方式（ac-coupling），从而可以独立的对驱动器和接收器进行处理。 1. 不同接口之间的转换 2. 不同信号电平的转换 3. 不同地之间的转换 2各信号电平 第一步首先是理解各个接口点逻辑电平，主要讨论LVPECL，CML，VML，以及LVDS。 表一为这些接口的输出电平。 项目LVPECL CML VML LVDS VOH 2.4V 1.9V 1.65V 1.4V VOL 1.6V 1.1V 0.85V 1V 输出电压（单 800mV 800mV 800mV 400mV 端） 1.25V 1.2V 共模电压2V 1.5V （VCC-0.2V）1 表一，各接口电平规范 图一 3输入输出结构 在上文中提到了关于LVPECL，CML，VML以及LVDS驱动器，这些都是基于CMOS技术的。这个部分介绍各个种类的输入输出结果。 3.1 LVPECL接口
常见TTL电平转换电路 ------设计参考 1.二、三级管组成的TTL/CMOS电平转换电路，优点是价格非常低，缺点是要求使用在 信号频率较低的条件下。 建议上拉电阻为10K时，可使用在信号频率为几百Khz以下的环境中，曾经在960Khz 的串口通信中做过测试。上拉电阻越小，速率越高，但是电路的功耗也越高，在低功耗要求高的电路中需要慎重考虑。在选择二、三极管时，尽量选用结电容小，开关速率高的。 A ) 图1所示电路，仅能使用在输入信号电平大于输出信号电平的转换上，例如3.3V转2.8V。二极管选用高速肖特基二极管，并且V F尽量小，例如RB521S。 图1 B ) 图2电路，仅能使用在输入信号电平大于输出信号电平的转换上，例如3.3V转2.8V，否则PNP管可能关不断。如果对输出低电平电压幅度有较严格的要求，PNP管则选用饱和压降小些的管子。PNP管也不如NPN的通用。VCC_OUT是输出信号的电源电压。 图2
C ) 图3是NPN管组成的转换电路，对输入和输出电平的谁高谁低没有要求，适用性很好。其中VCC_IN是输入信号的电源电压，VCC_OUT是输出信号的电源电压。转换后输出的低电平VOL=Vin_Lmax+Vsat，Vin_Lmax为输入信号低电平的最高幅值，Vsat为NPN管的饱和压降，如果对输出低电平电压幅度有较严格的要求，NPN管则选用饱和压降小些的管子，以满足一般电路中VOL<0.8V的要求。 图3 2.OC/OD输出的反相器组成的电平转换电路。 图4，由2级反相器组成，反相器必须是OC/OD输出的。反相器的电源与输入信号的电平相同或者相匹配，最后的输出电平由上拉电阻上拉到输出信号的目标电平上。上拉电阻的取值直接影响功耗和可适用的信号频率。 图4
电平信号及接口电路 ——————————————————————————————————— 摘要：介绍了目前数字信号设计中，IC芯片常用电平的原理、应用及各种电平信号相互转换的实现方法，PCB布线技巧等。 关键词：TTL、CMOS、ECL、PECL、LVPECL、LVDS、CML 概述 随着数据传输业务需求的增加，如何高质量的解决高速IC 芯片间的互连变得越来越重要。从目前发展来看，芯片主要有以下几种接口电平：TTL（LVTTL）、CMOS、ECL、PECL、LVPECL、LVDS等，其中PECL、LVPECL、LVDS主要应用在高速芯片的接口，不同电平间是不能直接互连的，需要相应的电平转换电路和转换芯片，了解各种电平的结构及性能参数对分析电路是十分必要有益的，本文正是从各种电平信号的性能参数开始，结合参考资料对电平信号的互连进行介绍。 图1 常用电平信号 图1展示了各种电平信号的差异:方波的振幅表示逻辑高低电平值，括号中的电压值表示电源电压值。 下面先介绍一下电路的相关基本概念： （1）输出高电平（VOH）：逻辑电平为1的输出电压，相应的输出电流用I OH表示。 （2）输出低电平（VOL）：逻辑电平为0的输出电压，相应的输出电流用I OL表示。 （3）输入高电平（VIH）：逻辑电平为1的输入电压，相应的输入电流用I IH表示。 （4）输入低电平（VIL）：逻辑电平为0的输入电压，相应的输入电流用I IL表示。 （5）关门电平（V OFF）：保证输出为标准高电平V SH（出厂时厂家给出）的条件下所允许的最大 输入低电平值。 （6）开门电平（V ON）：保证输出为标准低电平V SL（出厂时厂家给出）的条件下所允许的最小输 入高电平值。 （7）低电平噪声容限（V NL）：是保证输出高电平的前提下，允许叠加在输入低电平上的最大噪 声电压，其数值为关门电平V OFF与输入最小低电平的差值。 （8）高电平噪声容限（V NH）：是保证输出低电平的前提下，允许叠加在输入高电平上的最大噪 声电压，其数值为输入最大低电平与开门电平V ON的差值。 (9) 输出差分信号
RS232、RS485、RS422电平，及常见逻辑电平标准 RS232电平或者说串口电平，有的甚至说计算机电平，所有的这些说法，指得都是计算机9针串口（RS232）的电平，采用负逻辑， －15v ~ －3v 代表1 ＋3v ~ ＋15v 代表0 RS485电平和RS422电平由于两者均采用差分传输（平衡传输）的方式，所以他们的电平方式，一般有两个引脚 A,B 发送端 AB间的电压差 ＋2 ～＋6v 1 －2 ～－6v 0 接收端 AB间的电压差 大于＋200mv 1 小于－200mv 0 定义逻辑1为B>A的状态 定义逻辑0为A>B的状态 AB之间的电压差不小于200mv 一对一的接头的情况下 RS232 可做到双向传输，全双工通讯最高传输速率 20kbps 422 只能做到单向传输，半双工通讯，最高传输速率10Mbps 485 双向传输，半双工通讯, 最高传输速率10Mbps
常见逻辑电平标准 下面总结一下各电平标准。和新手以及有需要的人共享一下^_^. 现在常用的电平标准有TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、ECL、PECL、LVPECL、RS232、RS485等，还有一些速度比较高的 LVDS、GTL、PGTL、CML、HSTL、SSTL等。下面简单介绍一下各自的供电电源、电平标准以及使用注意事项。 TTL：Transistor-Transistor Logic 三极管结构。 Vcc：5V；VOH>=2.4V；VOL<=0.5V；VIH>=2V；VIL<=0.8V。 因为2.4V与5V之间还有很大空闲，对改善噪声容限并没什么好处，又会白白增大系统功耗，还会影响速度。所以后来就把一部分“砍”掉了。也就是后面的LVTTL。 LVTTL又分3.3V、2.5V以及更低电压的LVTTL(Low Voltage TTL)。 3.3V LVTTL： Vcc：3.3V；VOH>=2.4V；VOL<=0.4V；VIH>=2V；VIL<=0.8V。 2.5V LVTTL： Vcc：2.5V；VOH>=2.0V；VOL<=0.2V；VIH>=1.7V；VIL<=0.7V。 更低的LVTTL不常用就先不讲了。多用在处理器等高速芯片，使用时查看芯片手册就OK了。 TTL使用注意：TTL电平一般过冲都会比较严重，可能在始端串22欧或33欧电阻；TTL电平输入脚悬空时是内部认为是高电平。要下拉的话应用1k以下电阻下拉。TTL输出不能驱动CMOS输入。 CMOS：Complementary Metal Oxide Semiconductor PMOS+NMOS。Vcc：5V；VOH>=4.45V；VOL<=0.5V；VIH>=3.5V；VIL<=1.5V。 相对TTL有了更大的噪声容限，输入阻抗远大于TTL输入阻抗。对应3.3V LVTTL，出现了LVCMOS，可以与3.3V的LVTTL直接相互驱动。 3.3V LVCMOS： Vcc：3.3V；VOH>=3.2V；VOL<=0.1V；VIH>=2.0V；VIL<=0.7V。 2.5V LVCMOS： Vcc：2.5V；VOH>=2V；VOL<=0.1V；VIH>=1.7V；VIL<=0.7V。 CMOS使用注意：CMOS结构内部寄生有可控硅结构，当输入或输入管脚高于VCC一定值(比如一些芯片是0.7V)时，电流足够大的话，可能引起闩锁效应，导致芯片的烧毁。
各种逻辑电平标准 在通用的电子器件设备中，TTL和CMOS电路的应用非常广泛。但是面对现在系统日益复杂，传输的数据量越来越大，实时性要求越来越高，传输距离越来越长的发展趋势，掌握高速数据传输的逻辑电平知识和设计能力就显得更加迫切了。 5V TTL和5V CMOS逻辑电平是通用的逻辑电平。·3.3V及以下的逻辑电平被称为低电压逻辑电平，常用的为LVTTL电平。·低电压的逻辑电平还有2.5V和1.8V两种。·ECL/PECL和LVDS是差分输入输出。·RS-422/485和RS-232是串口的接口标准，RS-422/485是差分输入 常用电平标准 现在常用的电平标准有TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、ECL、PECL、LVPECL、RS232、RS485等，还有一些速度比较高的LVDS、GTL、PGTL、CML、HSTL、SSTL 等。下面简单介绍一下各自的供电电源、电平标准以及使用注意事项。 TTL：Transistor-Transistor Logic 三极管结构。 Vcc：5V；VOH>=2.4V；VOL<=0.5V；VIH>=2V；VIL<=0.8V。 因为2.4V与5V之间还有很大空闲，对改善噪声容限并没什么好处，又会白白增大系统功耗，还会影响速度。所以后来就把一部分“砍”掉了。也就是后面的LVTTL。 LVTTL又分3.3V、2.5V以及更低电压的LVTTL(Low Voltage TTL)。 3.3V LVTTL： Vcc：3.3V；VOH>=2.4V；VOL<=0.4V；VIH>=2V；VIL<=0.8V。 2.5V LVTTL： Vcc：2.5V；VOH>=2.0V；VOL<=0.2V；VIH>=1.7V；VIL<=0.7V。 更低的LVTTL不常用。多用在处理器等高速芯片，使用时查看芯片手册就OK了。 TTL使用注意：TTL电平一般过冲都会比较严重，可能在始端串22欧或33欧电阻； TTL电平输入脚悬空时是内部认为是高电平。要下拉的话应用1k以下电阻下拉。TTL输出不能驱动CMOS输入。 CMOS：Complementary Metal Oxide Semiconductor PMOS+NMOS。 Vcc：5V；VOH>=4.45V；VOL<=0.5V；VIH>=3.5V；VIL<=1.5V。 相对TTL有了更大的噪声容限，输入阻抗远大于TTL输入阻抗。对应3.3V LVTTL，出现了LVCMOS，可以与3.3V的LVTTL直接相互驱动。
常用的电平转换方案 TTL、CMOS、ECL等电路的高低电平阀值不同，他们之间逻辑连接需要电平转换；还有，就是接口与接口之间的，如RS232与485之间，USB与串口之间等等，由于这些接口协议里面定义的电平不同，所以也需要电平转换。 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。 图1. 电阻-二极管拓扑，是在同一根信号线上实现双向转换的可选技术之一
图2. 分立/数字晶体管是实现双向转换的另外一种选择 (数据入和数据出也被称为主入从出(MISO)和主出从入(MOSI)。SPI能够使用超过20Mbp的时钟信号，使用CMOS推挽逻辑。由于SPI是单向的，没有必要在同一根信号线上实现双向转换。这使电平转换变得简单一些，因为 可以采用电阻与二极管(图1)或分立/数字晶体管(图2)等简单方案。I2C、SMBusTM和1-Wire 接口为双向、漏极开路拓?扑。I2C有3个速度范围：≤ 100kbps的标准模式，≤ 400kbps的快速模式，≤ 3.4Mbps的高速模式。双向总线的电平转换更加困难，因为必须在同一根数据线上进行双向转换。基于电阻-二极管或集电极/漏极开路的单级晶体管转换器的简单拓扑由于固有的单向性，无法满足要求。 ) (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。
常用电平标准的讨论 （TTL，ECL，PECL，LVDS、CMOS、CML, GTL, HSTL, SSTL） 部分资料上说它们的逻辑标准,门限都是一样的,就是供电大小不同,这两种电平 的区别就是这些么? 是否LVTTL电平无法直接驱动TTL电路呢? 另外,"因为2.4V与5V之间还有很大空闲，对改善噪声容限并没什么好处，又会白白增大系统功耗，还会影响速度。" 中,关于改善噪声容限和系统功耗部分大家还有更深入的解释么? 简单列个表把 Voh Vol Vih Vil Vcc TTL 2.4 0.4 2.0 0.8 5 CMOS 4.44 0.5 3.5 1.5 5 LVTTL 2.4 0.4 2.0 0.8 3.3 LVCMOS 2.4 0.5 2.0 0.8 3.3 SSTL_2 1.82 0.68 1.43 1.07 2.5 根据上表所示，LVTTL可以驱动TTL，至于噪声，功耗问题小弟就不理解了，希望高手赐教！ TTL 和LVTTL 的转换电平是相同的, TTL 产生于1970 年代初, 当时逻辑电路的电源电压标准只有5V 一种, TTL 的高电平干扰容限比低电平干扰容限大. CMOS 在晚十几年后才形成规模生产, 转换电平是电源电压的一半. 1990 年代才产生了3.3V/2.5V 等不同的电源标准, 于是重新设计了一部分TTL 电路成 为LVTTL. LVTTL TTL 和LVTTL 的转换电平是相同的, TTL 产生于1970 年代初, 当时逻辑电路的电源电压标准只有5V 一种, TTL 的高电平干扰容限比低电平干扰容限大. CMOS 在晚十几年后才形成规模生产, 转换电平是电源电压的一半. 1990 年代才产生了3.3V/2.5V 等不同的电源标准, 于是重新设计了一部分TTL 电路成 为LVTTL. ECL电路是射极耦合逻辑（Emitter Couple Logic）集成电路的简称与TTL电路不同，ECL电路的最大特点是其基本门电路工作在非饱和状态所以，ECL电路的最大优点是具有相当高的速度这种电路的平均延迟时间可达几个毫微秒甚至亚毫微秒数量级,这使得ECL集成电路在高速和超高速数字系统中充当无以匹敌的角色。 ECL电路的逻辑摆幅较小（仅约 0.8V ，而 TTL 的逻辑摆幅约为 2.0V ），当电路从一种状态过渡到另一种状态时，对寄生电容的充放电时间将减少，这也是 ECL电路具有高开关速度的重要原因。但逻辑摆幅小，对抗干扰能力不利。
常见逻辑电平标准 下面总结一下各电平标准。和新手以及有需要的人共享一下^_^. 现在常用的电平标准有TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、ECL、PECL、LVPECL、RS232、RS485等，还有一些速度比较高的 LVDS、GTL、PGTL、CML、HSTL、SSTL等。下面简单介绍一下各自的供电电源、电平标准以及使用注意事项。 TTL：Transistor-Transistor Logic 三极管结构。 Vcc：5V；VOH>=2.4V；VOL<=0.5V；VIH>=2V；VIL<=0.8V。 因为2.4V与5V之间还有很大空闲，对改善噪声容限并没什么好处，又会白白增大系统功耗，还会影响速度。所以后来就把一部分“砍”掉了。也就是后面的LVTTL。 LVTTL又分3.3V、2.5V以及更低电压的LVTTL(Low Voltage TTL)。 3.3V LVTTL： Vcc：3.3V；VOH>=2.4V；VOL<=0.4V；VIH>=2V；VIL<=0.8V。 2.5V LVTTL： Vcc：2.5V；VOH>=2.0V；VOL<=0.2V；VIH>=1.7V；VIL<=0.7V。 更低的LVTTL不常用就先不讲了。多用在处理器等高速芯片，使用时查看芯片手册就OK了。TTL使用注意：TTL电平一般过冲都会比较严重，可能在始端串22欧或33欧电阻；TTL电平输入脚悬空时是内部认为是高电平。要下拉的话应用1k以下电阻下拉。TTL输出不能驱动CMOS输入。 CMOS：Complementary Metal Oxide Semiconductor PMOS+NMOS。 Vcc：5V；VOH>=4.45V；VOL<=0.5V；VIH>=3.5V；VIL<=1.5V。 相对TTL有了更大的噪声容限，输入阻抗远大于TTL输入阻抗。对应3.3V LVTTL，出现了LVCMOS，可以与3.3V的LVTTL直接相互驱动。 3.3V LVCMOS： Vcc：3.3V；VOH>=3.2V；VOL<=0.1V；VIH>=2.0V；VIL<=0.7V。 2.5V LVCMOS： Vcc：2.5V；VOH>=2V；VOL<=0.1V；VIH>=1.7V；VIL<=0.7V。 CMOS使用注意：CMOS结构内部寄生有可控硅结构，当输入或输入管脚高于VCC一定值(比如一些芯片是0.7V)时，电流足够大的话，可能引起闩锁效应，导致芯片的烧毁。 ECL：Emitter Coupled Logic 发射极耦合逻辑电路(差分结构) Vcc=0V；Vee：-5.2V；VOH=-0.88V；VOL=-1.72V；VIH=-1.24V；VIL=-1.36V。
TTL和CMOS电平总结 TTL和CMOS电平总结 TTL——Transistor-Transistor Logic HTTL——High-speed TTL LTTL——Low-power TTL STTL——Schottky TTL LSTTL——Low-power Schottky TTL ASTTL——Advanced Schottky TTL ALSTTL——Advanced Low-power Schottky TTL FAST(F)——Fairchild Advanced schottky TTL CMOS——Complementary metal-oxide-semiconductor HC/HCT——High-speed CMOS Logic(HCT与TTL电平兼容) AC/ACT——Advanced CMOS Logic(ACT与TTL电平兼容)（亦称ACL） AHC/AHCT——Advanced High-speed CMOS Logic(AHCT与TTL电平兼容) FCT——FACT扩展系列，与TTL电平兼容 FACT——Fairchild Advanced CMOS Technology 1，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，噪声容限是0.4V。 2，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。 3，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。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
电平标准分类 要了解逻辑电平的内容，首先要知道以下几个概念的含义： 1：输入高电平（Vih）：保证逻辑门的输入为高电平时所允许的最小输入高电平，当输入电平高于Vih时，则认为输入电平为高电平。 2：输入低电平（Vil）：保证逻辑门的输入为低电平时所允许的最大输入低电平，当输入电平低于Vil时，则认为输入电平为低电平。 3：输出高电平（V oh）：保证逻辑门的输出为高电平时的输出电平的最小值，逻辑门的输出为高电平时的电平值都必须大于此V oh。 4：输出低电平（V ol）：保证逻辑门的输出为低电平时的输出电平的最大值，逻辑门的输出为低电平时的电平值都必须小于此V ol。 5：阀值电平(Vt)：数字电路芯片都存在一个阈值电平，就是电路刚刚勉强能翻转动作时的电平。它是一个界于Vil、Vih之间的电压值，对于CMOS电路的阈值电平，基本上是二分之一的电源电压值，但要保证稳定的输出，则必须要求输入高电平> Vih，输入低电平
R S232、R S485、R S422电平，及常见逻辑电平标准 RS232电平或者说串口电平，有的甚至说计算机电平，所有的这些说法，指得都是计算机9针串口（RS232）的电平，采用负逻辑， －15v ~ －3v 代表1 ＋3v ~ ＋15v 代表0 RS485电平和RS422电平由于两者均采用差分传输（平衡传输）的方式，所以他们的电平方式，一般有两个引脚 A,B 发送端 AB间的电压差 ＋2 ～＋6v 1 －2 ～－6v 0 接收端 AB间的电压差 大于＋200mv 1 小于－200mv 0 定义逻辑1为B>A的状态 定义逻辑0为A>B的状态 AB之间的电压差不小于200mv 一对一的接头的情况下 RS232 可做到双向传输，全双工通讯最高传输速率 20kbps 422 只能做到单向传输，半双工通讯，最高传输速率10Mbps 485 双向传输，半双工通讯, 最高传输速率10Mbps
常见逻辑电平标准 下面总结一下各电平标准。和新手以及有需要的人共享一下^_^. 现在常用的电平标准有TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、ECL、PECL、LVPECL、RS232、RS485等，还有一些速度比较高的 LVDS、GTL、PGTL、CML、HSTL、SSTL等。下面简单介绍一下各自的供电电源、电平标准以及使用注意事项。 TTL：Transistor-Transistor Logic 三极管结构。 Vcc：5V；VOH>=2.4V；VOL<=0.5V；VIH>=2V；VIL<=0.8V。 因为2.4V与5V之间还有很大空闲，对改善噪声容限并没什么好处，又会白白增大系统功耗，还会影响速度。所以后来就把一部分“砍”掉了。也就是后面的LVTTL。 LVTTL又分3.3V、2.5V以及更低电压的LVTTL(Low Voltage TTL)。 3.3V LVTTL： Vcc：3.3V；VOH>=2.4V；VOL<=0.4V；VIH>=2V；VIL<=0.8V。 2.5V LVTTL： Vcc：2.5V；VOH>=2.0V；VOL<=0.2V；VIH>=1.7V；VIL<=0.7V。 更低的LVTTL不常用就先不讲了。多用在处理器等高速芯片，使用时查看芯片手册就OK了。 TTL使用注意：TTL电平一般过冲都会比较严重，可能在始端串22欧或33欧电 阻；TTL电平输入脚悬空时是内部认为是高电平。要下拉的话应用1k以下电阻下拉。TTL输出不能驱动CMOS输入。