CMOS電平轉(zhuǎn)換電路詳解

　　COMS集成電路是互補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型PMOS晶體管和增強型NMOS管按照互補對稱形式連接的，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，電壓波動允許±10，當輸出電壓高于VDD-0.5V時為邏輯 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.當輸入電壓高于VDD-1.5V時為邏輯 1，輸入電壓低于VSS+1.5V（VSS為數(shù)字地）為邏輯 0。

　　TTL電平信號被利用的最多是因為通常數(shù)據(jù)表示采用二進制規(guī)定，+5V等價于邏輯“1”，0V等價于邏輯“0”，這被稱做TTL（晶體管-晶體管邏輯電平）信號系統(tǒng)，這是計算機處理器控制的設(shè)備內(nèi)部各部分之間通信的標準技術(shù)。

　　標準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)字信號還是模擬信號？

　　CMOS電平是數(shù)字信號，COMS電路的供電電壓VDD范圍比較廣在+5--+15V均能正常工作，電壓波動允許±10，當輸出電壓高于VDD-0.5V時為邏輯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TTL電平

　　TTL電平不能驅(qū)動CMOS電平，需加上拉電阻。

　　3、用邏輯芯片特點

　　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

　?。?） 晶體管+上拉電阻法

　　就是一個雙極型三極管或 MOSFET，C/D極接一個上拉電阻到正電源，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。

　?。?） 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。

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

　?。?） 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限制 （改變了輸入級保護電路）。

　　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，就可以實現(xiàn) 5V→3.3V 電平轉(zhuǎn)換。

　?。?） 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。

　?。?） 限流電阻法

　　如果嫌上面的兩個電阻太多，有時還可以只串聯(lián)一個限流電阻。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)一個限流電阻，保證輸入保護電流不超過極限（如 74HC 系列為 20mA），仍然是安全的。