TTL与CMOS电平

一、TTL集成电路与CMOS集成电路的区别

TTL电路是晶体管-晶体管逻辑电路的英文缩写（Transister-Transister-Logic），是数字集成电路的一大门类。TTL是双极晶体管构成，电流控制器件。
CMOS电路是基本单元电路反相器由N沟道和P沟道MOS场效应晶体管对管构成，以推挽形式工作,能实现一定逻辑功能的集成电路。CMOS是场效应管构成，电压控制器件。

CMOS的逻辑电平范围比较大（5～15V），TTL只能在5V下工作。TTL电平与CMOS（5V）电平输入输出高低电平比较。

	VIL	VIH		VOL	VOH
TTL	0.8V	2.0V	TTL	0.5V	2.4V
CMOS(5V)	0.2*VCC	0.7*VCC	CMOS(5V)	~=GND	~=VCC

在同样5V电源电压情况下，COMS电路可以直接驱动TTL。而TTL电路则不能直接驱动 CMOS电路，TTL的输出高电平为大于2.4V，如果落在2.4V～3.5V之间，则CMOS电路就不能检测到高电平，低电平小于0.4V满足要求，所以在TTL电路驱动COMS电路时需要加上拉电阻。CMOS电路是电压控制器件，输入电阻极大，对于干扰信号十分敏感，因此不用的输入端不应开路，接到地或者电源上。CMOS静态功耗小，并且相对TTL有了更大的噪声容限，输入阻抗远大于TTL输入阻抗。

TTL和COMS电路比较：
1）TTL电路是电流控制器件，而CMOS电路是电压控制器件。
2）TTL电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)，但是功耗大。COMS电路的速度慢，传输延迟时间长(25-50ns),但功耗低。COMS电路本身的功耗与输入信号的脉冲频率有关，频率越高，芯片集越热，这是正常现象。
3）COMS电路的锁定效应：
COMS电路由于输入太大的电流，内部的电流急剧增大，除非切断电源，电流一直在增大。这种效应就是锁定效应。当产生锁定效应时，COMS的内部电流能达到40mA以上，很容易烧毁芯片。
防御措施：

在输入端和输出端加钳位电路，使输入和输出不超过不超过规定电压。
芯片的电源输入端加去耦电路，防止VDD端出现瞬间的高压。
在VDD和外电源之间加限流电阻，即使有大的电流也不让它进去。
当系统由几个电源分别供电时，开关要按下列顺序：开启时，先开启COMS路得电源，再开启输入信号和负载的电源；关闭时，先关闭输入信号和负载的电源，再关闭COMS电路的电源。

COMS电路的使用注意事项

1）COMS电路时电压控制器件，它的输入总抗很大，对干扰信号的捕捉能力很强。所以，不用的管脚不要悬空，要接上拉电阻或者下拉电阻，给它一个恒定的电平。
2）输入端接低内阻的信号源时，要在输入端和信号源之间要串联限流电阻，使输入的电流限制在1mA之内。
3）当接长信号传输线时，在COMS电路端接匹配电阻。
4）当输入端接大电容时，应该在输入端和电容间接保护电阻。电阻值为R=V0/1mA.V0是外界电容上的电压。
5）COMS的输入电流超过1mA，就有可能烧坏COMS。

二、电平转换的方法

(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。

(8) 无为而无不为法
只要掌握了电平兼容的规律。某些场合，根本就不需要特别的转换。例如，电路中用到了某种 5V 逻辑器件，其输入是 3.3V 电平，只要在选择器件时选择输入为 TTL 兼容的，就不需要任何转换，这相当于隐含适用了方法3)。

摘自：https://wenku.baidu.com/view/b76b9cccd05abe23482fb4daa58da0116c171fae.html
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