什么是TTL電平、CMOS電平？區(qū)別？

什么是TTL電平?

TTL電平信號(hào)被利用的最多是因?yàn)橥ǔ?shù)據(jù)表示采用二進(jìn)制規(guī)定，+5V等價(jià)于邏輯1，0V等價(jià)于邏輯0，這被稱做TTL(晶體管-晶體管邏輯電平)信號(hào)系統(tǒng)，這是計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部各部分之間通信的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。

TTL電平信號(hào)對(duì)于計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是很理想的，首先計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸對(duì)于電源的要求不高以及熱損耗也較低，另外TTL電平信號(hào)直接與集成電路連接而不需要價(jià)格昂貴的線路驅(qū)動(dòng)器以及接收器電路;再者，計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是在高速下進(jìn)行的，而TTL接口的操作恰能滿足這個(gè)要求。TTL型通信大多數(shù)情況下，是采用并行數(shù)據(jù)傳輸方式，而并行數(shù)據(jù)傳輸對(duì)于超過(guò)10英尺的距離就不適合了。這是由于可靠性和成本兩面的原因。因?yàn)樵诓⑿薪涌谥写嬖谥嗪筒粚?duì)稱的問(wèn)題，這些問(wèn)題對(duì)可靠性均有影響;另外對(duì)于并行數(shù)據(jù)傳輸，電纜以及連接器的費(fèi)用比起串行通信方式來(lái)也要高一些。

TTL電路的電平就叫TTL 電平，CMOS電路的電平就叫CMOS電平。

TTL集成電路的全名是晶體管-晶體管邏輯集成電路(Transistor-Transistor Logic),主要有54/74系列標(biāo)準(zhǔn)TTL、高速型TTL(H-TTL)、低功耗型TTL(L-TTL)、肖特基型TTL(S-TTL)、低功耗肖特基型TTL(LS-TTL)五個(gè)系列。標(biāo)準(zhǔn)TTL輸入高電平最小2V，輸出高電平最小2.4V,典型值3.4V,輸入低電平最大0.8V，輸出低電平最大0.4V，典型值0.2V。S-TTL輸入高電平最小2V，輸出高電平最小Ⅰ類2.5V，Ⅱ、Ⅲ類2.7V,典型值3.4V,輸入低電平最大0.8V，輸出低電平最大0.5V。LS-TTL輸入高電平最小2V，輸出高電平最?、耦?.5V，Ⅱ、Ⅲ類2.7V,典型值3.4V,輸入低電平最大Ⅰ類0.7V，Ⅱ、Ⅲ類0.8V，輸出低電平最大Ⅰ類0.4V，Ⅱ、Ⅲ類0.5V，典型值0.25V。TTL電路的電源VDD供電只允許在+5V±10%范圍內(nèi)，扇出數(shù)為10個(gè)以下TTL門電路。

COMS集成電路是互補(bǔ)對(duì)稱金屬氧化物半導(dǎo)體(Compiementary symmetry metal oxide semicoductor)集成電路的英文縮寫，電路的許多基本邏輯單元都是用增強(qiáng)型PMOS晶體管和增強(qiáng)型NMOS管按照互補(bǔ)對(duì)稱形式連接的，靜態(tài)功耗很小。COMS電路的供電電壓VDD范圍比較廣在+5--+15V均能正常工作，電壓波動(dòng)允許±10，當(dāng)輸出電壓高于VDD-0.5V時(shí)為邏輯1，輸出電壓低于VSS+0.5V(VSS為數(shù)字地)為邏輯0，扇出數(shù)為10--20個(gè)COMS門電路。

TTL電平信號(hào)被利用的最多是因?yàn)橥ǔ?shù)據(jù)表示采用二進(jìn)制規(guī)定，+5V等價(jià)于邏輯1，0V等價(jià)于邏輯0，這被稱做TTL(晶體管-晶體管邏輯電平)信號(hào)系統(tǒng)，這是計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部各部分之間通信的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。TTL電平信號(hào)對(duì)于計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是很理想的，首先計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸對(duì)于電源的要求不高以及熱損耗也較低，另外TTL電平信號(hào)直接與集成電路連接而不需要價(jià)格昂貴的線路驅(qū)動(dòng)器以及接收器電路;再者，計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是在高速下進(jìn)行的，而TTL接口的操作恰能滿足這個(gè)要求。TTL型通信大多數(shù)情況下，是采用并行數(shù)據(jù)傳輸方式，而并行數(shù)據(jù)傳輸對(duì)于超過(guò)10英尺的距離就不適合了。這是由于可靠性和成本兩面的原因。因?yàn)樵诓⑿薪涌谥写嬖谥嗪筒粚?duì)稱的問(wèn)題，這些問(wèn)題對(duì)可靠性均有影響;另外對(duì)于并行數(shù)據(jù)傳輸，電纜以及連接器的費(fèi)用比起串行通信方式來(lái)也要高一些。CMOS電平和TTL電平: CMOS電平電壓范圍在3～15V，比如4000系列當(dāng)5V供電時(shí)，輸出在4.6以上為高電平，輸出在0.05V以下為低電平。輸入在3.5V以上為高電平，輸入在1.5V以下為低電平。而對(duì)于TTL芯片，供電范圍在0～5V，常見都是5V，如74系列5V供電，輸出在2.7V以上為高電平，輸出在0.5V以下為低電平，輸入在2V以上為高電平，在0.8V以下為低電平。因此，CMOS電路與TTL電路就有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換的問(wèn)題，使兩者電平域值能匹配。

TTL電平與CMOS電平的區(qū)別：

(一)TTL高電平3.6~5V，低電平0V~2.4V

CMOS電平Vcc可達(dá)到12V

CMOS電路輸出高電平約為0.9Vcc，而輸出低電平約為0.1Vcc。

CMOS電路不使用的輸入端不能懸空，會(huì)造成邏輯混亂。

TTL電路不使用的輸入端懸空為高電平。

另外，CMOS集成電路電源電壓可以在較大范圍內(nèi)變化，因而對(duì)電源的要求不像TTL集成電路那樣嚴(yán)格。用TTL電平，它們就可以兼容。

(二)TTL電平是5V，CMOS電平一般是12V。

因?yàn)門TL電路電源電壓是5V，CMOS電路電源電壓一般是12V。

5V的電平不能觸發(fā)CMOS電路，12V的電平會(huì)損壞TTL電路，因此不能互相兼容匹配。

(三)TTL電平標(biāo)準(zhǔn)

輸出 L： 0.8V ; H：>2.4V。

輸入 L： 1.2V ; H：>2.0V

TTL器件輸出低電平要小于0.8V，高電平要大于2.4V。輸入，低于1.2V就認(rèn)為是0，高于2.0就認(rèn)為是1。

CMOS電平：

輸出 L： 0.1*Vcc ; H：>0.9*Vcc。

輸入 L： 0.3*Vcc ; H：>0.7*Vcc.

一般單片機(jī)、DSP、FPGA他們之間管教能否直接相連. 一般情況下，同電壓的是可以的，不過(guò)最好是要好好查查技術(shù)手冊(cè)上的VIL,VIH,VOL,VOH的值，看是否能夠匹配(VOL要小于VIL，VOH要大于VIH，是指一個(gè)連接當(dāng)中的)。有些在一般應(yīng)用中沒(méi)有問(wèn)題，但是參數(shù)上就是有點(diǎn)不夠匹配，在某些情況下可能就不夠穩(wěn)定，或者不同批次的器件就不能運(yùn)行。

例如：74LS的器件的輸出，接入74HC的器件。在一般情況下都能好好運(yùn)行，但是，在參數(shù)上卻是不匹配的，有些情況下就不能運(yùn)行。

74LS和54系列是TTL電路，74HC是CMOS電路。如果它們的序號(hào)相同，則邏輯功能一樣，但電氣性能和動(dòng)態(tài)性能略有不同。如，TTL的邏輯高電平為> 2.7V,CMOS為> 3.6V。如果CMOS電路的前一級(jí)為TTL則隱藏著不可靠隱患，反之則沒(méi)問(wèn)題。

1.TTL電平：

輸出高電平>2.4V,輸出低電平0.4V。在室溫下，一般輸出高電平是3.5V，輸出低電平是0.2V。最小輸入高電平和低電平：輸入高電平>=2.0V，輸入低電平=0.8V，噪聲容限是0.4V。

2.CMOS電平：

1邏輯電平電壓接近于電源電壓，0邏輯電平接近于0V。而且具有很寬的噪聲容限。

3.電平轉(zhuǎn)換電路：

因?yàn)門TL和COMS的高低電平的值不一樣(ttl 5v==>cmos 3.3v)，所以互相連接時(shí)需要電平的轉(zhuǎn)換：就是用兩個(gè)電阻對(duì)電平分壓，沒(méi)有什么高深的東西。

4.OC門，即集電極開路門電路，OD門，即漏極開路門電路，必須外界上拉電阻和電源才能將開關(guān)電平作為高低電平用。否則它一般只作為開關(guān)大電壓和大電流負(fù)載，所以又叫做驅(qū)動(dòng)門電路。

5.TTL和COMS電路比較：

1)TTL電路是電流控制器件，而coms電路是電壓控制器件。

2)TTL電路的速度快，傳輸延遲時(shí)間短(5-10ns)，但是功耗大。COMS電路的速度慢，傳輸延遲時(shí)間長(zhǎng)(25-50ns),但功耗低。COMS電路本身的功耗與輸入信號(hào)的脈沖頻率有關(guān)，頻率越高，芯片集越熱，這是正?，F(xiàn)象。

3)COMS電路的鎖定效應(yīng)：

COMS電路由于輸入太大的電流，內(nèi)部的電流急劇增大，除非切斷電源，電流一直在增大。這種效應(yīng)就是鎖定效應(yīng)。當(dāng)產(chǎn)生鎖定效應(yīng)時(shí)，COMS的內(nèi)部電流能達(dá)到40mA以上，很容易燒毀芯片。

防御措施：

1)在輸入端和輸出端加鉗位電路，使輸入和輸出不超過(guò)不超過(guò)規(guī)定電壓。

2)芯片的電源輸入端加去耦電路，防止VDD端出現(xiàn)瞬間的高壓。

3)在VDD和外電源之間加線流電阻，即使有大的電流也不讓它進(jìn)去。

4)當(dāng)系統(tǒng)由幾個(gè)電源分別供電時(shí)，開關(guān)要按下列順序：開啟時(shí)，先開啟COMS電路得電源，再開啟輸入信號(hào)和負(fù)載的電源;關(guān)閉時(shí)，先關(guān)閉輸入信號(hào)和負(fù)載的電源，再關(guān)閉COMS電路的電源。

6.COMS電路的使用注意事項(xiàng)

1)COMS電路時(shí)電壓控制器件，它的輸入總抗很大，對(duì)干擾信號(hào)的捕捉能力很強(qiáng)。所以，不用的管腳不要懸空，要接上拉電阻或者下拉電阻，給它一個(gè)恒定的電平。

2)輸入端接低內(nèi)組的信號(hào)源時(shí)，要在輸入端和信號(hào)源之間要串聯(lián)限流電阻，使輸入的電流限制在1mA之內(nèi)。

3)當(dāng)接長(zhǎng)信號(hào)傳輸線時(shí)，在COMS電路端接匹配電阻。

4)當(dāng)輸入端接大電容時(shí)，應(yīng)該在輸入端和電容間接保護(hù)電阻。電阻值為R=V0/1mA.V0是外界電容上的電壓。

5)COMS的輸入電流超過(guò)1mA，就有可能燒壞COMS。

7.TTL門電路中輸入端負(fù)載特性(輸入端帶電阻特殊情況的處理)：

1)懸空時(shí)相當(dāng)于輸入端接高電平。因?yàn)檫@時(shí)可以看作是輸入端接一個(gè)無(wú)窮大的電阻。

2)在門電路輸入端串聯(lián)10K電阻后再輸入低電平，輸入端出呈現(xiàn)的是高電平而不是低電平。因?yàn)橛蒚TL門電路的輸入端負(fù)載特性可知，只有在輸入端接的串聯(lián)電阻小于910歐時(shí)，它輸入來(lái)的低電平信號(hào)才能被門電路識(shí)別出來(lái)，串聯(lián)電阻再大的話輸入端就一直呈現(xiàn)高電平。這個(gè)一定要注意。COMS門電路就不用考慮這些了。

8.TTL電路有集電極開路OC門，MOS管也有和集電極對(duì)應(yīng)的漏極開路的OD門，它的輸出就叫做開漏輸出。OC門在截止時(shí)有漏電流輸出，那就是漏電流，為什么有漏電流呢?那是因?yàn)楫?dāng)三機(jī)管截止的時(shí)候，它的基極電流約等于0，但是并不是真正的為0，經(jīng)過(guò)三極管的集電極的電流也就不是真正的0，而是約0。而這個(gè)就是漏電流。開漏輸出：OC門的輸出就是開漏輸出;OD門的輸出也是開漏輸出。它可以吸收很大的電流，但是不能向外輸出的電流。

所以，為了能輸入和輸出電流，它使用的時(shí)候要跟電源和上拉電阻一齊用。OD門一般作為輸出緩沖/驅(qū)動(dòng)器、電平轉(zhuǎn)換器以及滿足吸收大負(fù)載電流的需要。

9.什么叫做圖騰柱，它與開漏電路有什么區(qū)別?

TTL集成電路中，輸出有接上拉三極管的輸出叫做圖騰柱輸出，沒(méi)有的叫做OC門。因?yàn)門TL就是一個(gè)三級(jí)關(guān)，圖騰柱也就是兩個(gè)三級(jí)管推挽相連。所以推挽就是圖騰。