TTL电平与CMOS电平兼容和转换各种方法

1.常用的电平转换方案(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5VTTL电平兼容的5VCMOS器件都可以用作3.3V→5V电平转换。——这是由于3.3VCMOS的电平刚好和5VTTL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)。(9)比较器法算是凑数，有人提出用这个而已，还有什么运放法就太恶搞了。2.电平转换的五要素(1)电平兼容解决电平转换问题，最根本的就是要解决逻辑器件接口的电平兼容问题。而电平兼容原则就两条：ＶＯＨ表示输出高电平的最小值；ＶＯＬ表示输出低电平的最大值。ＶＩＨ表示输入高电平的最小值；ＶＩＬ表示输入低电平的最大值VOHVIH（不然被视为低电平）VOLVIL（不然被视为高电平）再简单不过了！当然，考虑抗干扰能力，还必须有一定的噪声容限：|VOH-VIH|VN+|VOL-VIL|VN-其中，VN+和VN-表示正负噪声容限。只要掌握这个原则，熟悉各类器件的输入输出特性，可以很自然地找到合理方案，如前面的方案(3)(4)都是正确利用器件输入特性的例子。(2)电源次序多电源系统必须注意的问题。某些器件不允许输入电平超过电源，如果没有电源时就加上输入，很可能损坏芯片。这种场合性能最好的办法可能就是方案(5)——164245。如果速度允许，方案(1)(7)也可以考虑。(3)速度/频率某些转换方式影响工作速度，所以必须注意。像方案(1)(2)(6)(7)，由于电阻的存在，通过电阻给负载电容充电，必然会影响信号跳沿速度。为了提高速度，就必须减小电阻，这又会造成功耗上升。这种场合方案(3)(4)是比较理想的。(4)输出驱动能力如果需要一定的电流驱动能力，方案(1)(2)(6)(7)就都成问题了。这一条跟上一条其实是一致的，因为速度问题的关键就是对负载电容的充电能力。(5)路数某些方案元器件较多，或者布线不方便，路数多了就成问题了。例如总线地址和数据的转换，显然应该用方案(3)(4)，采用总线缓冲器芯片(245,541,16245...)，或者用方案(5)。(6)成本&供货前面说的164245就存在这个问题。五要素冒出第6个，因为这是非技术因素，而且太根本了，以至于可以忽略。