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CMOS电平转换电路详解

来源:http://www.elecfans.com/article/83/147/2017/20170826541552.html 发布时间:2017-08-28

摘要: COMS集成电路是互补对称金属氧化物半导体(Compiementary symmetry metal oxide semicoductor)集成电路的英文缩写,电路的许多基本逻辑单元都是用增强型PMOS晶体管和增强型NMOS管按照互补对称形式连接的,静态功耗很小。

  COMS集成电路是互补对称金属氧化物半导体(Compiementary symmetry metal oxide semicoductor)集成电路的英文缩写,电路的许多基本逻辑单元都是用增强型PMOS晶体管和增强型NMOS管按照互补对称形式连接的,静态功耗很小。

  COMS电路的供电电压VDD范围比较广在+5~+15V均能正常工作,电压波动允许±10,当输出电压高于VDD-0.5V时为逻辑 1,输出电压低于VSS+0.5V(VSS为数字地)为逻辑 0。CMOS电路输出高电平约为 0.9Vcc,而输出低电平约为 0.1Vcc.当输入电压高于VDD-1.5V时为逻辑 1,输入电压低于VSS+1.5V(VSS为数字地)为逻辑 0。

  TTL电平信号被利用的最多是因为通常数据表示采用二进制规定,+5V等价于逻辑“1”,0V等价于逻辑“0”,这被称做TTL(晶体管-晶体管逻辑电平)信号系统,这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。

  标准TTL输入高电平最小2V,输出高电平最小2.4V,典型值3.4V,输入低电平最大 0.8V,输出低电平最大 0.4V,典型值 0.2V(输入 H》2V,输入 L《0.8V;输出H 》2.4V(3.4V),输出L《0.4V(0.2V)。

  CMOS电平是数字信号,COMS电路的供电电压VDD范围比较广在+5--+15V均能正常工作,电压波动允许±10,当输出电压高于VDD-0.5V时为逻辑1,输出电压低于VSS+0.5V(VSS为数字地)为逻辑0, 一般数字信号才是0和1 。

CMOS电平转换电路

  1、 TTL电路和CMOS电路的逻辑电平

  VOH: 逻辑电平 1 的输出电压

  VOL: 逻辑电平 0 的输出电压

  VIH : 逻辑电平 1 的输入电压

  VIH : 逻辑电平 0 的输入电压

  TTL电路临界值:

  VOHmin = 2.4V VOLmax = 0.4V VIHmin = 2.0V VILmax = 0.8V

  CMOS电路临界值(电源电压为+5V)

  VOHmin = 4.99V VOLmax = 0.01V VIHmin = 3.5V VILmax = 1.5V

  2、TTL和CMOS的逻辑电平转换

  CMOS电平能驱动TTL电平

  TTL电平不能驱动CMOS电平,需加上拉电阻。

  3、用逻辑芯片特点

  74LS系列: TTL 输入: TTL; 输出:TTL

  74HC系列:CMOS输入: CMOS; 输出:CMOS

  74HCT系列: CMOS 输入:TTL; 输出: CMOS

  CD4000系列: CMOS 输入: CMOS 输出: CMOS。

CMOS电平标准_CMOS电平转换电路

  (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。

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