电平信号及接口电路.doc

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IOH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IOL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IIH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IIL表示。 （5）关门电平（VOFF）：保证输出为标准高电平VSH（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（VON）：保证输出为标准低电平VSL（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（VNL）：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VOFF与输入最小低电平的差值。 （8）高电平噪声容限（VNH）：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VON的差值。 (9) 输出差分信号 TTL电路与CMOS电路 TTL电路 TTL电路是晶体管-晶体管逻辑电路的英文缩写（Transister-Transister-Logic ），是数字集成电路的一大门类。它采用双极型工艺制造，具有高速度低功耗和品种多等特点。)，电源电压Vcc = +5V。当Vcc = +3.3V时，称作LVTTL电路。 从六十年代开发成功第一代产品以来现有以下几代产品。 TTL包括SN54/74系列，（其中54系列工作温度为-55℃～+125℃，74系列工作温度为0℃～+75℃) lttl，高速系列简称HTTL。 TTL包括肖特基箝位系列（STTL)和低功耗肖特基系列（LSTTL）。 STTL(ASTTL)和先进的低功耗STTL（ALSTTL）。由于L STTL和ALSTTL的电路延时功耗积较小，STTL和ASTTL速度很快，因此获得了广泛的应用。 各类TTL门电路的基本性能： 系列 延时(ns) 功耗(mw) 第一代 标准 54/74 10 10 低功耗 54L/74L 33 1 高速 54H/74H 6 22 第二代 STTL 54S/74S 3 20 LSTTL 54LS/74LS 9.5 2 第三代 ASTTL 54AS/74AS 1.5 22 ALSTTL 54ALS/74ALS 4 1 1.2 CMOS电路 CMOS电路(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor)即互补金属氧化物半导体。采用该工艺大大提高了电路的集成度。CMOS集成电路主要由场效应管构成，包括 P 沟道 MOS， N 沟道 MOS， 互补 MOS — CMOS 集成电路V）、抗干扰能力强，逻辑摆幅大以及输入阻抗高、扇出能力强等特点，在低功耗场合得到及广泛的应用。当电源电压为+3.3V时称为LVCMOS电路。普通CMOS门电路产品为HC系列（如两输入与门：74HC08）。 TTL与CMOS电路主要应用在对速度要求不是太高（速度小于50M）的情况下。 下表是TTL的输入输出电平参数（VCC=5V，3.3V） VOH（V） VOL（V） VIH VIL 最小值 最大值 最小值 最大值 最小值 最大值 TTL 2.4 0.4 2.0 0.8 LVTTL 2.4 0.4 2.0 5.5 -0.5 0.8 下表是CMOS的输入输出电平参数（VCC=2.0V/3.0V/4.5V/6V） VCC VOH（V） VOL（V）