CMOS电平转换电路详解

　　COMS集成电路是互补对称金属氧化物半导体（Compiementary symmetry metal oxide semicoductor）集成电路的英文缩写，电路的许多基本逻辑单元都是用增强型PMOS晶体管和增强型NMOS管按照互补对称形式连接的，静态功耗很小。

　　COMS电路的供电电压VDD范围比较广在+5~+15V均能正常工作，电压波动允许±10，当输出电压高于VDD-0.5V时为逻辑 1，输出电压低于VSS+0.5V（VSS为数字地）为逻辑 0。CMOS电路输出高电平约为 0.9Vcc，而输出低电平约为 0.1Vcc.当输入电压高于VDD-1.5V时为逻辑 1，输入电压低于VSS+1.5V（VSS为数字地）为逻辑 0。

　　TTL电平信号被利用的最多是因为通常数据表示采用二进制规定，+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”，这被称做TTL（晶体管-晶体管逻辑电平）信号系统，这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。

　　标准TTL输入高电平最小2V，输出高电平最小2.4V，典型值3.4V，输入低电平最大 0.8V，输出低电平最大 0.4V，典型值 0.2V（输入 H》2V，输入 L《0.8V;输出H 》2.4V（3.4V），输出L《0.4V（0.2V）。

　　CMOS电平是数字信号还是模拟信号？

　　CMOS电平是数字信号，COMS电路的供电电压VDD范围比较广在+5--+15V均能正常工作，电压波动允许±10，当输出电压高于VDD-0.5V时为逻辑1，输出电压低于VSS+0.5V（VSS为数字地）为逻辑0， 一般数字信号才是0和1 。

　　cmos电平转换电路

　　1、 TTL电路和CMOS电路的逻辑电平

　　VOH： 逻辑电平 1 的输出电压

　　VOL： 逻辑电平 0 的输出电压

　　VIH ： 逻辑电平 1 的输入电压

　　VIH ： 逻辑电平 0 的输入电压

　　TTL电路临界值：

　　VOHmin = 2.4V VOLmax = 0.4V VIHmin = 2.0V VILmax = 0.8V

　　CMOS电路临界值（电源电压为＋5V）

　　VOHmin = 4.99V VOLmax = 0.01V VIHmin = 3.5V VILmax = 1.5V

　　2、TTL和CMOS的逻辑电平转换

　　CMOS电平能驱动TTL电平

　　TTL电平不能驱动CMOS电平，需加上拉电阻。

　　3、用逻辑芯片特点

　　74LS系列： TTL 输入： TTL； 输出：TTL

　　74HC系列：CMOS输入： CMOS； 输出：CMOS

　　74HCT系列： CMOS 输入：TTL； 输出： CMOS

　　CD4000系列： CMOS 输入： CMOS　输出： CMOS。

　　常用的几种电平转换方案

　　（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 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。