代码收藏家技术教程 2023-09-22

TTL与CMOS电平的区别及电平转换详解

一、TTL电平与CMOS电平的定义

常用的逻辑电平

逻辑电平：有TTL、CMOS、LVTTL、ECL、PECL、GTL；RS232、RS422、LVDS等。

其中TTL和CMOS的逻辑电平按典型电压可分为四类：5V系列（5V TTL和5V CMOS）、3.3V系列，2.5V系列和1.8V系列。

5V TTL和5V CMOS逻辑电平是通用的逻辑电平。

3.3V及以下的逻辑电平被称为低电压逻辑电平，常用的为LVTTL电平。

低电压的逻辑电平还有2.5V和1.8V两种。

ECL/PECL和LVDS是差分输入输出。

RS-422/485和RS-232是串口的接口标准，RS-422/485是差分输入输出，RS-232是单端输入输出。

1. TTL电平

早期的器件多是TTL电平，如早先的54系列和74系列。现在的大部分器件使用的工艺都是CMOS工艺。

双极性晶体管是电流型驱动器件，稳定时损耗高，发热量大，无法做集成度比较高的芯片。不仅ce损耗，be也损耗。
输出电平：高电平Uoh >=2.4v,低电平Uol <= 0.4v

输入电平：高电平Uih >= 2.0v,低电平 Uil <= 0.8v

2. CMOS电平

输出电平：高电平Uoh>= 0.9*VCC (≈ VCC), Uol <= 0.1*VCC(≈ GND)

输入电平：高电平Uih >= 0.7*VCC Uil <= 0.3*VCC

cmos器件内的mos管损耗主要是在DS间的导通电阻上，mos管导通是，ds间电阻一般是毫欧级别。

CMOS的电平有：cmos5V,cmos3.3v,cmos2.5v,cmos1.8v;

3. 两者的区别

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，也就是说ttl电路的延迟比cmos电路要小。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）ttl器件供电电压一般5V，cmos为1.8V—2.5V—3.3V—5V

二、TTL电平与CMOS电平的转换

常用电平标准参数：

从上面可看出：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。其他电平也不能直接驱动，所以就需要2者的转换电平电路。

三、TTL电平与CMOS电平的转换的几种电路

1. 二极管电平转换电路

使用此电路需要注意转换的方向，高电压端和低电压端不可调换。

2. 三极管电平转换电路

三极管电流也需要注意方向

电路一：

电路二：

3. MOS管电平转换电路

双向传输原理： VCC_S1 <= VCC_S2

为了方便讲述，定义 3.3V I/O为 A 端(左侧)，5.0V I/O为 B 端(右侧)。
A端输出低电平时（0V),MOS管导通，B端输出是低电平（0V）
A端输出高电平时（3.3V),MOS管截至，B端输出是高电平（5V）
A端输出高阻时（OC),MOS管截至，B端输出是高电平（5V）

B端输出低电平时（0V),MOS管内的二极管导通，从而使MOS管导通，A端输出是低电平（0V）
B端输出高电平时（5V),MOS管截至，A端输出是高电平（3.3V）

4. 电平转换芯片

成本相对前面较高，但速度快，双向并且能够自动检测方向，高速低速场合都适用。

比如：TI 的 TXS0108EPWR/txb0104等