CMOS和TTL电平分析及转换(转载).docVIP

ＶＯＨ表示输出高电平的最小值；ＶＯＬ表示输出低电平的最大值。ＶＩＨ表示输入高电平的最小值；ＶＩＬ表示输入低电平的最大值 逻辑标准?? ? GND? VCC?? VOH(最小值)??? VOL（最大值）??? VIH(最小值)???? VIL(最大值)? 3.3V?COMS?? 0.0V? 3.3V? Vcc-0.1V(3.2V)?? 0.4V????????? 0.8Vcc(2.64V） ? 0.2Vcc(0.66V)?3.3V?TTL??? 0.0V? 3.3V?? 2.4V??????????? 0.4V????????????? 2.0V???????????? 0.8V?5.0V?CMOS? ?0.0V? 5.0V?? 3.5V?????????? ? 0.4V?????????? 0.7Vcc(3.5V)?? 0.3Voc(1.5V)?5.0V?TTL??? 0.0V? 5.0V?? 2.4V??????????? 0.4V????????????? 2.0V??????????? ? 0.8V? （问题一）３?３.３Ｖ和５.０Ｖ电平信号的转换在混合电压系统中，不同电源电压的逻辑器件互相接口时存在以下几个问题：第一，加到输入和输出引脚上允许的最大电压限制问题。器件对加到输入或者输出脚上的电压通常是有限制的。这些引脚有二极管或者分离元件接到Ｖｃｃ。如果接入的电压过高，则电流将会通过二极管或者分离元件流向电源。例如在３．３Ｖ器件的输入端加上５Ｖ的信号，则５Ｖ电源会向３．３Ｖ电源充电。持续的电流将会损坏二极管和其它电路元件。第二，两个电源间电流的互串问题。在等待或者掉电方式时，３．３Ｖ电源降落到０Ｖ，大电流将流通到地，这使得总线上的高电压被下拉到地，这些情况将引起数据丢失和元件损坏。必须注意的是：不管在３．３Ｖ的工作状态还是在０Ｖ的等待状态都不允许电流流向Ｖｃｃ。第三，接口输入转换门限问题。５Ｖ器件和３．３Ｖ器件的接口有很多情况， （问题二） 同样ＴＴＬ和ＣＭＯＳ间的电平转换也存在着不同情况。驱动器必须满足接收器的输入转换电平，并且要有足够的容限以保证不损坏电路元件。基于上述情况，５Ｖ器件和３．３Ｖ器件是不能直接接口的。有些半导体器件制造厂家就推出了具有５Ｖ输入容限的３．３Ｖ器件，这种器件输入端具有ＥＳＤ保护电路。实际上数字电路的所有输入端都有一个ＥＳＤ保护电路，传统的ＣＭＯＳ电路通过接地二极管对负向高电压限幅，正向高电压则由二极管钳位。这种电路的缺点是最大的输入电压被限制在３．３Ｖ＋０．５Ｖ（二极管压降）以内（否则电流将流向３．３Ｖ电源）。而大多数５Ｖ系统输出端的电压可达３．６Ｖ以上，因此采用了这种电路结构的３．３Ｖ器件是不能与５Ｖ器件输出端直接接口的。如果采用相当于快速齐纳二极管的ＭＯＳ场效应管代替上述钳位二极管，实现对高电压限幅，并且去掉接到Ｖｃｃ（３．３Ｖ）的二极管，那么最大输入电压不受Ｖｃｃ（３．３Ｖ）的限制。典型情况下，这种电路的击穿电压在７Ｖ～１０Ｖ之间。因此，这种改进后具有ＥＳＤ保护电路的３．３Ｖ系统的输入端可以承受５Ｖ的输入电压。为了防止在３．３Ｖ器件的输出端可能存在电流倒灌问题，还需要在输出端加保护电路，当加到输出端电压高于Ｖｃｃ（３．３Ｖ）时，保护电路的比较器会断开电流倒灌通路，这样在三态方式时就能与５Ｖ器件相连。分析各种逻辑电平信号的电特性,会发现有以下五种接口情况：第一，相同供电电压的ＴＴＬ器件驱动ＣＭＯＳ器件时，ＴＴＬ器件的输出高电平可能达不到ＣＭＯＳ器件的输入高电平的最小值。３．３Ｖ?ＴＴＬ器件的ＶＯＨ是２．４Ｖ，３．３Ｖ?ＣＭＯＳ器件的ＶＩＨ是０．８ＶＣＣ（３．３Ｖ×０．８＝２．６４Ｖ）；５．０Ｖ?ＴＴＬ器件的ＶＯＨ是２．４Ｖ，５．０Ｖ?ＣＭＯＳ器件的ＶＩＨ是０．７ＶＣＣ（３．５Ｖ）。为了可靠地传输数据，可以将ＴＴＬ器件的输出端上拉。有些ＣＭＯＳ工艺制造的器件兼容?ＴＴＬ电平，这样就可以与相同供电电压的ＴＴＬ器件直接接口，不需要上拉。第二，相同供电电压的ＣＭＯＳ器件驱动ＴＴＬ器件，电平匹配，数据能可靠地传输。第三，不同供电电压的ＴＴＬ器件驱动ＣＭＯＳ器件时，ＴＴＬ器件的输出高电平也可能达不到ＣＭＯＳ器件的输入高电平的最小值。３．３Ｖ?ＴＴＬ器件的ＶＯＨ是２．４Ｖ，５．０Ｖ?ＣＭＯＳ器件的ＶＩＨ是０．７ＶＣＣ（３．５Ｖ），电平不匹配；５．０Ｖ?ＴＴＬ器件的ＶＯＨ是２．４Ｖ，３．３Ｖ?ＣＭＯＳ器件的ＶＩＨ是０．８ＶＣＣ（２．６４Ｖ），可以将５．０Ｖ?ＴＴＬ器件的输出端上拉，达到电平匹配的目的。第四，不