如何實現(xiàn)TTL和CMOS之間的電平轉(zhuǎn)換

步驟1：TTL集成電路

TTL IC - 雙極邏輯系列的成員 - 最初是在1960年代開發(fā)的并由晶體管制成，因此名為 Transistor-Transistor Level（TTL）器件。最初的產(chǎn)品線是74xx系列，后來被性能更好的TTL設(shè)備所取代，例如 74LSxx ， 74ALSxx 和 74Fxx 系列。 LS是低功率肖特基，ALS是高級LS ，F(xiàn)是 Fast 。 TTL系列產(chǎn)品經(jīng)過了周到的改進，首先是74H，它提供了原始74xx系列速度的兩倍，但功耗卻超過了兩倍。接下來的改進是74L，它增加了所有內(nèi)部電阻，導(dǎo)致功耗的凈改善，但增加了傳播延遲。

74S系列的一個關(guān)鍵改進是將肖特基二極管放置在基極 - 集電極結(jié)點上晶體管電容效應(yīng)降低，速度提高了5倍，功耗增加了約2倍。上面提到的74LSxx線是從該系列中得出的，并且功耗降低了大約1/3。 74ALSxx進一步提高了性能?；谛录夹g(shù)的74F系列減少了傳播延遲，甚至進一步縮小了IC的尺寸。

步驟2：CMOS集成電路

有一種替代TTL IC大約在同一時間開發(fā)，這些類型的IC被稱為CMOS（互補MOSFET），因為它包含和使用了高阻抗MOSFET。 MOS電路的高阻抗大大降低了電路的功耗。這些CMOS系列被稱為4000系列，并具有4019和4027等名稱。

CMOS線還具有較寬的工作電壓范圍（3V至18V），并且對電壓的特定要求意味著HIGH和LOW，用于輸入和輸出到其他集成電路或數(shù)字電路（稍后將介紹）。 4000系列雖然能夠提供更大的功率要求，但卻比TTL產(chǎn)品要慢得多，并且特別容易受到靜電放電的影響，很容易被靜電損壞。

CMOS系列取得了一些進展。 74Cxx系列與同名的TTL IC（即74138 = 74C138）引腳兼容。此外，后來又推出了74HC和74HCTxx系列的CMOS IC。這條高速CMOS（HC）線路也與TTL系列引腳兼容，但仍使用與之前CMOS電路相同的電壓供應(yīng)和邏輯電壓設(shè)置。 74HCTxx系列是高速CMOS，但與TTL對應(yīng)電壓兼容。最后，開發(fā)了“高級CMOS” 74ACxx系列，其處理速度可與74F TTL生產(chǎn)線相媲美。

今天，您選擇的主要依據(jù)是設(shè)計的可用性，成本和電壓要求。但是，如果您“混合和匹配” CMOS和TTL IC，則仍然存在兼容性問題，因為每個邏輯系列都定義了高電壓和低電壓，并且它們通常不兼容，只是重疊很小。這對我們意味著什么？我們可能會很幸運，但這沒有任何意義，但是對于我們大多數(shù)人來說，這意味著我們必須以某種方式進行設(shè)計，以在稱為“電壓電平轉(zhuǎn)換”的過程中匹配每個邏輯系列的邏輯電壓要求，或只是級別轉(zhuǎn)移。

第3步：問題定義：等級轉(zhuǎn)換

每個邏輯系列定義了它認為高或低的適當(dāng)閾值。這個選擇有些武斷，他們確實做到了。通常，LOW是幅度為零到一伏的信號。 HIGH變化最大，是我們當(dāng)前電平轉(zhuǎn)換驚愕的原因。 TTL系列允許將2V - 5V的差值計為高電平，并將HIGH的輸出閾值定義為2.7V至5V。在CMOS系列中，想要定義HIGH的輸入必須在3.5V和5V之間。但是TTL只需要帶2.7V，差不多有幾伏特對TTL有效，對CMOS無效。這是一個TTL芯片想要發(fā)送高電平并在某個模糊范圍內(nèi)的某個地方，這個范圍對于CMOS HIGH無效但是對于TTL。

答案是電平轉(zhuǎn)換。這是主動將信號電壓調(diào)低或調(diào)高以匹配目標(biāo)IC的行為。我發(fā)現(xiàn)最有用的是從3.3V信號轉(zhuǎn)換到5V。

步驟4：使用齊納二極管

對于從5V到3.3V的單向轉(zhuǎn)換，您不會像使用齊納二極管那樣獲得更簡單，更直接（也更便宜）的解決方案。找到符合您的電壓要求的齊納二極管，兩個常見的是1N4733A（5.1V）和1N5226（3.3V）。您需要匹配您的功率；這些是0.5W二極管。通過在齊納二極管之前串聯(lián)一個負載電阻，并將齊納二極管接地，可以確保通過齊納二極管的電壓達到或略低于齊納二極管的齊納電壓（Vz）。齊納二極管。在下面的示例圖片中，您可以看到輸入5V信號輸出3.18V信號。

在第二個示例中，我在從10V降壓后“調(diào)節(jié)”5.1V。請勿將其與恒定電流/電壓調(diào)節(jié)相混淆。這最好用作幾乎沒有負載的信號。

步驟5：使用AT晶體管升壓電壓

當(dāng)你有一個3V高電平輸入并需要將其升壓到5V高電平輸入時，沒有什么比使用晶體管的成本，簡易性和簡單性更好。我提供了使用晶體管的兩種不同電路，供您仔細閱讀。兩者都將升高3.3V至約5V。您可能想要使用電阻值來使您正在使用的晶體管達到完全飽和。請注意第二個示例中的分壓器網(wǎng)絡(luò)。我發(fā)現(xiàn)10k歐姆的電阻可以產(chǎn)生最接近5V的最佳值而不會過去。您的里程可能會有所不同。

第6步：電平轉(zhuǎn)換：逆變電路

這里的想法是使用以目標(biāo)電壓供電的IC作為信號幅度升高的源。在這種情況下，我使用了4069六角逆變器IC。您也可以使用74HC04或您選擇的一個。我使用兩個逆變器（這個IC中有六個）來接收信號并將輸出升壓到IC的Vcc。選擇兩個反相器是沒有魔術(shù)的：它們反相，所以我希望HIGH輸入保持HIGH輸出而不是反相。

相同的想法可以應(yīng)用于八進制和十六進制行緩沖區(qū)而不必反相，這是如果您有多個來自MCU或其他邏輯系列IC的信號元素并且都應(yīng)用了相同的操作（即，所有信號元素都被上調(diào)或下調(diào)），則很有用。

步驟7：電平轉(zhuǎn)換：八路總線收發(fā)器

這里的想法與逆變器相同，只是我們沒有反轉(zhuǎn)信號。我們使用芯片電壓作為輸出的Vcc，因此您可以使用3.3V或5V為其供電，具體取決于您使用的芯片，輸出引腳將在該電壓下供電。換句話說，3.3V IN = 5V OUT，反之亦然。這里的一些IC選項是74 * 241，74 * 244，74 * 245。您也可以使用4050十六進制同相緩沖器或您選擇的任何其他緩沖器。在我的例子中，我使用4050.

步驟8：專用IC：CD4504電平轉(zhuǎn)換器

此IC是用于TTL到CMOS和CMOS到CMOS的CMOS六角電壓電平轉(zhuǎn)換器。從數(shù)據(jù)表：

CD4504B十六進制電壓電平轉(zhuǎn)換器由六個電路組成，這些電路將輸入信號從Vcc邏輯電平轉(zhuǎn)換到Vdd邏輯電平。要將TTL信號移至CMOS邏輯電平，SELECT輸入處于Vcc HIGH邏輯狀態(tài)。當(dāng)SELECT輸入處于LOW邏輯狀態(tài)時，每個電路都會將信號從一個CMOS電平轉(zhuǎn)換為另一個CMOS電平。

請檢查下圖或檢查數(shù)據(jù)手冊中的引腳排列?；旧?，您的待移位信號可能位于A IN 上，它將被移位并重新放回A OUT 。 B IN 和B OUT 等相同。

步驟9：專用IC：MAXIM MAX3390

使用較低功率的IC和具有較高功率VCC的VCC電源VL。

相應(yīng)地連接信號：

IVL1至OVL1

IVL2至OVCC2

IVL3至OVCC3

IVL4至OVCC4

請記住，以“I”開頭的引腳“是要進行電平轉(zhuǎn)換的輸入信號。以字母“ O”開頭的引腳是經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換并準(zhǔn)備好讀取和/或使用的輸出信號。

步驟10：檢查

為自己嘗試一些這樣的電路，這樣下次你必須考慮混合CMOS和TTL時，電平轉(zhuǎn)換信號的想法不會給你帶來麻煩。有時設(shè)計或經(jīng)濟學(xué)需要這種混合，現(xiàn)在混合這兩者不應(yīng)該是任何問題。

責(zé)任編輯：wv