TTL電平、CMOS電平、RS232通信電平的概念及區(qū)別

工程師進階筆記

電平的概念：
   人們在初學"電"的時候，往往把抽象的電學概念用水的具體現(xiàn)象進行比喻。如水流比電流、水壓似電壓、水阻喻電阻。解釋"電平"不妨如法炮制。我們說的"水平"，詞典中解釋與水平面平行、或在某方面達到一定高度，引申指事物在同等條件下的比較結論。如人們常說到張某工作很有水平、李某辦事水平很差。這樣的話都知其含義所在。即指"張某"與"李某"相比而言。故借"水平"來比喻"電平"能使人便于理解。
+ X# l* i$ n& Q   什么是"電平"？"電平"就是指電路中兩點或幾點在相同阻抗下電量的相對比值。這里的電量自然指"電功率"、"電壓"、"電流"并將倍數(shù)化為對數(shù)，用"分貝"表示，記作"dB"。分別記作：10lg(P2/P1)、20lg(U2/U1)、20lg(I2/I1)上式中P、U、I分別是電功率、電壓、電流。
   使用"dB"有兩個好處：其一讀寫、計算方便。如多級放大器的總放大倍數(shù)為各級放大倍數(shù)相乘，用分貝則可改用相加。其二能如實地反映人對聲音的感覺。實踐證明，聲音的分貝數(shù)增加或減少一倍，人耳聽覺響度也提高或降低一倍。即人耳聽覺與聲音功率分貝數(shù)成正比。例如蚊子叫聲與大炮響聲相差100萬倍，但人的感覺僅有60倍的差異，而100萬倍恰是60dB。
* g, R, \5 q6 w5 X% c
一、TTL電平：
. L- x6 d9 ]4 ]0 L9 y- [0 {! T   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（Transistor-TransistorLogic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備內(nèi)部各部分之間通信的標準技術。
' O8 Z# ]; _9 T3 g$ r   TTL電平信號對于計算機處理器控制的設備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是很理想的，首先計算機處理器控制的設備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸對于電源的要求不高以及熱損耗也較低，另外TTL電平信號直接與集成電路連接而不需要價格昂貴的線路驅動器以及接收器電路；再者，計算機處理器控制的設備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是在高速下進行的，TTL接口的操作恰能滿足這個要求。而TTL型通信大多數(shù)情況下，是采用并行數(shù)據(jù)傳輸方式，而并行數(shù)據(jù)傳輸對于超過10英尺的距離就不適合了。這是由于可靠性和成本兩面的原因。因為在并行接口中存在著偏相和不對稱的問題，這些問題對可靠性均有影響。
8 ~7 I% a; |: t9 _& `   TTL輸出高電平>2.4V，輸出低電平=2.0V，輸入低電平
   TTL電路是電流控制器件，TTL電路的速度快，傳輸延遲時間短(5-10ns)，但是功耗大。
輸出L：2.4V。
5 L2 _2 H" u; J2 u輸入L：2.0V
" w9 d/ O: E1 P  G, RTTL器件輸出低電平要小于0.8V，高電平要大于2.4V。輸入，低于1.2V就認為是0，高于2.0就認為是1。
& d  T/ s0 l: M& r; [1 \) u
二、CMOS電平：
  COMS集成電路是互補對稱金屬氧化物半導體（Complementary symmetry metal oxide semiconductor）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電路的供電電壓電壓波動允許±10，當輸出電壓高于VDD-0.5VVDD范圍比較廣在+5--+15V均能正常工作，時為邏輯1，輸出電壓低于VSS+0.5V(VSS為數(shù)字地)為邏輯0，扇出數(shù)為10--20個COMS門電路.
; S# _% L3 R8 o: m: G. a. k% D" @; [輸出L：0.9*Vcc。
5 `- v7 @  E+ K2 ^0 ?$ d4 R/ c輸入L：0.7*Vcc.
) {, K# m7 V! L1 P$ _$ H由于CMOS電源采用12V，則輸入低于3.6V為低電平，噪聲容限為1.8V，高于3.5V為高電平，噪聲容限高為1.8V。比TTL有更高的噪聲容限。
9 n) }& L/ K* t0 ^. c1 h* e
2 v# z# Q2 o3 u. L三、RS232標準
% _* B7 ^  g$ A: |   RS－232原是基于公用電話網(wǎng)的一種串行通信標準，推薦的最大電纜長度為15米，即傳輸距離一般不超過15米。它的邏輯電平以公共地為對稱，其邏輯"0"電平規(guī)定在＋3～＋25V之間，邏輯"1"電平則在－3～－25V之間，因而它不僅要使用正負極性的雙電源，而且與傳統(tǒng)的TTL數(shù)字邏輯電平不兼容，兩者之間必須使用電平轉換。邏輯1的電平為-3～-15V，邏輯0的電平為+3～+15V，注意電平的定義反相了一次。
+ ?" F% |1 Z! W% D. L0 {
  TTL電路的電平就叫TTL電平，CMOS電路的電平就叫CMOS電平電平，TTL集成電路的全名是晶體管-晶體管邏輯集成電路（Transistor-TransistorLogic),COMS集成電路是互補對稱金屬氧化物半導體（Complementary symmetry metal oxide semiconductor）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。  

9 W: U$ _3 m. U5 T) ?( w四、TTL與CMOS電平使用起來有什么區(qū)別：
5 B% K+ J( a5 k. A  `2 J1.電平的上限和下限定義不一樣，CMOS具有更大的抗噪?yún)^(qū)域。同是5伏供電的話，TTL一般是1.7V和3.5V的樣子，CMOS一般是2.2V,2.9V的樣子，不準確，僅供參考。
2.電流驅動能力不一樣，TTL一般提供25毫安的驅動能力，而CMOS一般在10毫安左右。
" X2 i# C: w/ _' f) ]7 k3.需要的電流輸入大小也不一樣，一般TTL需要2.5毫安左右，CMOS幾乎不需要電流輸入。
4.很多器件都是兼容TTL和CMOS的，datasheet會有說明。如果不考慮速度和性能，一般器件可以互換。但是需要注意有時候負載效應可能引起電路工作不正常，因為有些TTL電路需要下一級的輸入阻抗作為負載才能正常工作。