數字電路電平標準全解析

輸入：VIH>3.5V，VIL<1.5V。

可以看出TTL電平的噪聲容限為0.4V，CMOS的噪聲容限為1.5V。

TTL和CMOS門電路結構：

如圖TTL門結構，輸出級采用推挽式輸出結構，T4為射極跟隨的形式，輸出電阻小，帶負載能力強。

如圖CMOS門結構。

3.3V LVCMOS： Vcc：3.3V；VOH>=3.2V；VOL<=0.1V；VIH>=2.0V；VIL<=0.7V。 2.5V LVCMOS： Vcc：2.5V；VOH>=2V；VOL<=0.1V；VIH>=1.7V；VIL<=0.7V。

二、高速電平標準

在高速電路中如何實現高速驅動輸出呢？要么增大驅動電流，要么降低電平標準，或者提高晶體管工作速度。顯然前者會帶來非常大的功耗，因此改變電平標準和改進晶體管設計成為選擇，雖然低電平更容易受到干擾，所以需要更嚴格的硬件設計。

1、ECL和PECL電平接口

ECL即射極耦合邏輯（Emitter Coupled Logic）采用的是差分結構輸出，并需要負電源供電。后來發展處PECL，即正電源射極耦合邏輯。基本原理就是利用晶體管工作在非飽和區來減小轉換時間，大大提高轉換速度。

ECL的輸出管始終有電流通過，非常有利于高速轉換。輸出阻抗幾歐姆，輸出電流10mA左右，驅動能力強。

接口連接：直流耦合，適用于短距離

這個匹配方式由等效而來，具體阻值計算：

接口連接：交流耦合，適用于較遠距離

2、LVDS電平接口

LVDS即Low-Voltage Differential Signaling，是一種利用低壓差分信號傳輸高速信號的電平標準。特點是：低壓，低功耗，噪聲抑制能力強。

如圖LVDS的輸入和輸出規格：

LVDS的連接方式：直接連接，因為片內具有端接電阻。

三、CML電平接口

CML即電流模式邏輯電平，采用恒流驅動，內置匹配電阻，使用簡單，短距離高速應用中最多。

下圖是幾種高速接口的性能簡單比較：

三、常用普通電平標準

在工業領域應用最多的應該是485 232的電平標準，兩者各有優缺點，成本低，使用也比較簡單，但是依然有很多技術要點可以討論，譬如傳輸速度，距離，防護設計等等。

RS232和RS485的連接問題：

工作中了解到不少同學對于232或者485的連接一直有些迷糊，關于信號的收發端定義及公母頭連接，一開始我也是經常摸不著頭腦。以收發地三線為主。

標準的232是DB9接頭：

簡記為：235-收發地。

485如何利用DB9連接：

485的兩根線對應DB9頭的1,2腳。

232和485與MCU的連接：

四、小結

關于數字電平的標準主要就這么幾種，這些都是在硬件層面的定義，在軟件上對應的就有各種協議通訊方式的規定。關于接口設計確實是電路設計中的重點，尤其是在目前的高速數字通訊應用當中，我覺得主要有幾個要掌握的方面：

1、信號電平的應用電路，也就是基本結構要清晰。

2、防護設計問題要考慮周全，不同接口對于負載對于匹配度的要求都不一樣。

3、PCB設計的重要性，在高速設計中很多都采用EDA軟件仿真的方式來協助查找關于干擾的問題，但是首要的還是要嚴格遵循相關規則和規范來設計。

4、實驗的必要性。尤其是接口的干擾問題，盡可能全面的實驗方案設計是盡快解決問題的最佳路徑之一。

總之，理論基礎要有，設計考慮要到，測試實驗要全，如此，結果可能才好！