深度解析CMOS電平轉(zhuǎn)換電路方案

[導(dǎo)讀]COMS集成電路是互補(bǔ)對稱金屬氧化物半導(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)對稱形式連接的，靜態(tài)功耗很小。

COMS集成電路是互補(bǔ)對稱金屬氧化物半導(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。CMOS電路輸出高電平約為 0.9Vcc，而輸出低電平約為 0.1Vcc.當(dāng)輸入電壓高于VDD-1.5V時(shí)為邏輯 1，輸入電壓低于VSS+1.5V(VSS為數(shù)字地)為邏輯 0。

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)。

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(輸入 H》2V，輸入 L《0.8V;輸出H 》2.4V(3.4V)，輸出L《0.4V(0.2V)。

CMOS電平是數(shù)字信號(hào)還是模擬信號(hào)?

CMOS電平是數(shù)字信號(hào)，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， 一般數(shù)字信號(hào)才是0和1 。

cmos電平轉(zhuǎn)換電路

1、 TTL電路和CMOS電路的邏輯電平

VOH： 邏輯電平 1 的輸出電壓

VOL： 邏輯電平 0 的輸出電壓

VIH ： 邏輯電平 1 的輸入電壓

VIH ： 邏輯電平 0 的輸入電壓

TTL電路臨界值：

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

CMOS電路臨界值(電源電壓為+5V)

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

2、TTL和CMOS的邏輯電平轉(zhuǎn)換

CMOS電平能驅(qū)動(dòng)TTL電平

TTL電平不能驅(qū)動(dòng)CMOS電平，需加上拉電阻。

3、用邏輯芯片特點(diǎn)

74LS系列： TTL 輸入： TTL; 輸出：TTL

74HC系列：CMOS輸入： CMOS; 輸出：CMOS

74HCT系列： CMOS 輸入：TTL; 輸出： CMOS

CD4000系列： CMOS 輸入： CMOS輸出： CMOS。

常用的幾種電平轉(zhuǎn)換方案

(1) 晶體管+上拉電阻法

就是一個(gè)雙極型三極管或 MOSFET，C/D極接一個(gè)上拉電阻到正電源，輸入電平很靈活，輸出電平大致就是正電源電平。

(2) OC/OD 器件+上拉電阻法

跟 (1) 類似。適用于器件輸出剛好為 OC/OD 的場合。

(3) 74xHCT系列芯片升壓 (3.3V→5V)

凡是輸入與 5V TTL 電平兼容的 5V CMOS 器件都可以用作 3.3V→5V 電平轉(zhuǎn)換。

——這是由于 3.3V CMOS 的電平剛好和5V TTL電平兼容(巧合)，而 CMOS 的輸出電平總是接近電源電平的。

廉價(jià)的選擇如 74xHCT(HCT/AHCT/VHCT/AHCT1G/VHCT1G/。。。) 系列 (那個(gè)字母 T 就表示 TTL 兼容)。

(4) 超限輸入降壓法 (5V→3.3V， 3.3V→1.8V， 。。。)

凡是允許輸入電平超過電源的邏輯器件，都可以用作降低電平。

這里的“超限”是指超過電源，許多較古老的器件都不允許輸入電壓超過電源，但越來越多的新器件取消了這個(gè)限制 (改變了輸入級(jí)保護(hù)電路)。

例如，74AHC/VHC 系列芯片，其 datasheets 明確注明“輸入電壓范圍為0~5.5V”，如果采用 3.3V 供電，就可以實(shí)現(xiàn) 5V→3.3V 電平轉(zhuǎn)換。

(5) 專用電平轉(zhuǎn)換芯片

最著名的就是 164245，不僅可以用作升壓/降壓，而且允許兩邊電源不同步。這是最通用的電平轉(zhuǎn)換方案，但是也是很昂貴的 (俺前不久買還是￥45/片，雖是零售，也貴的嚇人)，因此若非必要，最好用前兩個(gè)方案。

(6) 電阻分壓法

最簡單的降低電平的方法。5V電平，經(jīng)1.6k+3.3k電阻分壓，就是3.3V。

(7) 限流電阻法

如果嫌上面的兩個(gè)電阻太多，有時(shí)還可以只串聯(lián)一個(gè)限流電阻。某些芯片雖然原則上不允許輸入電平超過電源，但只要串聯(lián)一個(gè)限流電阻，保證輸入保護(hù)電流不超過極限(如 74HC 系列為 20mA)，仍然是安全的。