TTL、CMOS器件的互连资料总结
第一篇：TTL、CMOS器件的互连
1：逻辑器件的互连总则
在不同逻辑电平器件之间进行互连时主要考虑以下几点：
电平关系，必须保证在各自的电平范围内工作，否则，不能满足正常逻辑功能，严重时会烧毁芯片。
驱动能力，必须根据器件的特性参数仔细考虑，计算和试验，否则很可能造成隐患，在电源波动，受到干扰时系统就会崩溃。
时延特性，在高速信号进行逻辑电平转换时，会带来较大的延时，设计时一定要充分考虑其容限。
选用电平转换逻辑芯片时应慎重考虑，反复对比。通常逻辑电平转换芯片为通用转换芯片，可靠性高，设计方便，简化了电路，但对于具体的设计电路一定要考虑以上三种情况，合理选用。
对于数字电路来说，各种器件所需的输入电流、输出驱动电流不同，为了驱动大电流器件、远距离传输、同时驱动多个器件，都需要审查电流驱动能力：输出电流应大于负载所需输入电流；另一方面，TTL、CMOS、ECL等输入、输出电平标准不一致，同时采用上述多种器件时应考虑电平之间的转换问题。
我们在电路设计中经常遇到不同的逻辑电平之间的互连，不同的互连方法对电路造成以下影响：
对逻辑电平的影响。应保证合格的噪声容限（Vohmin－Vihmin≥0.4V，Vilmax－Volmax ≥0.4V)，并且输出电压不超过输入电压允许范围。
对上升/下降时间的影响。应保证Tplh和Tphl满足电路时序关系的要求和EMC的要求。
对电压过冲的影响。过冲不应超出器件允许电压绝对最大值，否则有可能导致器件损坏。TTL和CMOS的逻辑电平关系如下图所示：
图1：TTL和CMOS的逻辑电平关系图
图2：低电压逻辑电平标准
3.3V的逻辑电平标准如前面所述有三种，实际的3.3V TTL/CMOS逻辑器件的输入电平参数一般都使用LVTTL或3.3V逻辑电平标准（一般很少使用LVCMOS输入电平），输出电平参数在小电流负载时高低电平可分别接近电源电压和地电平（类似LVCMOS输出电平），在大电流负载时输出电平参数则接近LVTTL电平参数，所以输出电平参数也可归入3.3V逻辑电平，另外，一些公司的手册中将其归纳如LVTTL的输出逻辑电平，也可以。
在下面讨论逻辑电平的互连时，对3.3V TTL/CMOS的逻辑电平，我们就指的是3.3V逻辑电平或LVTTL逻辑电平。
常用的TTL和CMOS逻辑电平分类有：5V TTL、5V CMOS、3.3V TTL/CMOS、3.3V/5V Tol.、和OC/OD门。
其中：
3.3V/5V Tol.是指输入是3.3V逻辑电平，但可以忍受5V电压的信号输入。
3.3V TTL/CMOS逻辑电平表示不能输入5V信号的逻辑电平，否则会出问题。
注意某些5V的CMOS逻辑器件，它也可以工作于3.3V的电压，但它与真正的3.3V器件（是LVTTL逻辑电平）不同，比如其VIH是2.31V（＝0.7×3.3V，工作于3.3V）（其实是LVCMOS逻辑输入电平），而不是2.0V，因而与真正的3.3V器件互连时工作不太可靠，使用时要特别注意，在设计时最好不要采用这类工作方式。
值得注意的是有些器件有单独的输入或输出电压管脚，此管脚接3.3V的电压时，器件的输入或输出逻辑电平为3.3V的逻辑电平信号，而当它接5V电压时，输入或输出的逻辑电平为5V的逻辑电平信号，此时应该按该管脚上接的电压的值来确定输入和输出的逻辑电平属于哪种分类。
对于可编程器件（EPLD和FPGA）的互连也要根据器件本身的特点进行处理。
以上5种逻辑电平类型之间的驱动关系如下表：
上表中打钩（√）的表示逻辑电平直接互连没有问题，打星号（?）的表示要做特别处理。对于打星号（?）的逻辑电平的互连情况，具体见后面说明。
一般对于高逻辑电平驱动低逻辑电平的情况如简单处理估计可以通过串接10－1K欧的电阻来实现，具体阻值可以通过试验确定，如为可靠起见，可参考后面推荐的接法。从上表可看出OC/OD输出加上拉电阻可以驱动所有逻辑电平，5V TTL和3.3V /5VTol.可以被所有逻辑电平驱动。所以如果您的可编程逻辑器件有富裕的管脚，优先使用其OC/OD输出加上拉电阻实现逻辑电平转换；其次才用以下专门的逻辑器件转换。对于其他的不能直接互连的逻辑电平，可用下列逻辑器件进行处理。
TI的AHCT系列器件为5V TTL输入、5V CMOS输出。
TI的LVC/LVT系列器件为TTL/CMOS逻辑电平输入、3.3V TTL（LVTTL）输出，也可以用双轨器件替代。
注意：不是所有的LVC/LVT系列器件都能够运行5V TTL/CMOS输入，一般只有带后缀A的和LVCH/LVTH系列的可以，具体可以参考其器件手册。
2：5V TTL门作驱动源
驱动3.3V TTL/CMOS
通过LVC/LVT系列器件（为TTL/CMOS逻辑电平输入，LVTTL逻辑电平输出）进行转换。 驱动5V CMOS
可以使用上拉5V电阻的方式解决，或者使用AHCT系列器件（为5V TTL输入、5VCMOS 输出）进行转换。
3：3.3V TTL/CMOS门作驱动源
驱动5V CMOS
使用AHCT系列器件（为5V TTL输入、5V CMOS输出）进行转换（3.3V TTL电平（LVTTL）与5V TTL电平可以互连）。
4：5V CMOS门作驱动源
驱动3.3V TTL/CMOS
通过LVC/LVT器件（输入是TTL/CMOS逻辑电平，输出是LVTTL逻辑电平）进行转换。
5：2.5V CMOS逻辑电平的互连
随着芯片技术的发展，未来使用2.5V电压的芯片和逻辑器件也会越来越多，这里简单谈一下2.5V逻辑电平与其他电平的互连，主要是谈一下2.5V逻辑电平与3.3V逻辑电平的互连。（注意：对于某些芯片，由于采用了优化设计，它的2.5V管脚的逻辑电平可以和3.3V 的逻辑电平互连，此时就不需要再进行逻辑电平的转换了。）
1)3.3V TTL/CMOS逻辑电平驱动2.5V CMOS逻辑电平
2.5V的逻辑器件有LV、LVC、AVC、ALVT、ALVC等系列，其中前面四种系列器件工作在2.5V时可以容忍
3.3V的电平信号输入，而ALVC不行，所以可以使用LV、LVC、AVC、ALVT系列器件来进行3.3V TTL/CMOS逻辑电平到2.5V CMOS逻辑电平的转换。
2)2.5V CMOS逻辑电平驱动3.3V TTL/CMOS逻辑电平
2.5V CMOS逻辑电平的VOH为2.0V，而
3.3V TTL/CMOS的逻辑电平的VIH也为2.0V，所以直接互连的话可能会出问题（除非3.3V的芯片本身的VIH参数明确降低了）。此时可以使用双轨器件SN74LVCC3245A来进行2.5V逻辑电平到3.3V逻辑电平的转换，另外，使用OC/OD们加上拉电阻应该也是可以的。
第二篇：3.3V 和5V 装置的互连
连接 3.3V 设备到5V 设备需要考虑到驱动器和接收器的逻辑电平是否匹配。图1.12. 描述了用于5V CMOS，5V TTL和 3.3V TTL的逻辑电平标准。可以看到，5V TTL和 3.3V TTL的逻辑电平是相同的，而5V CMOS 逻辑电平与前两者是不同的。这在连接3.3V 系统到5V 系统时是必须考虑的。
5V CMOS，5V TTL和3.3V TTL开关电平标准
（1）5V TTL装置驱动3.3V TTL装置。5V TTL和3.3V LVC 的逻辑电平是相同的。因为5V 容忍度的装置可以经受住6.5V 的直流输入，所以5V TTL 连接3.3V 且容忍度为5V 的装置时，可以不需要额外的元器件。TI的CBT（crossbar technology）开关可以用来从5V TTL 向 3.3V且容忍度不为5V 的装置传送信号。该开关通过使用一个外部的产生0.7V压降的二极管和CBT（门极到源极的压降为1V），从而产生3.3V的电平。
（2）3V TTL装置（LVC）驱动5V TTL装置。两者逻辑电平是相同的，连接可以不需要外部电路或装置。
（3）5V COMS 装置驱动3.3V TTL装置。两个不同的逻辑电平连接在一起，进一步分析5V COMS装置的VOH和VOL与3.3V LVC 装置的VIH和VIL电平，虽然存在不一致的地方，但有5V 容忍度的3.3V 装置可以在5V CMOS 电平输入下工作。使用5V 容忍度的LVC装置，5V CMOS 驱动3.3V LVC 是可能的。
（4） 3.3V TTL 装置驱动5V CMOS 装置。3.3V LVC 的VOH 是 2.4V（输出电平可达3.3 V），而5V CMOS 装置的最小VIH 要求是3.5V。因此，用3.3V LVC或其他3.3V标准的装置驱动5V CMOS 装置是不可能的。解决该问题就需要用到专用芯片，如TI的SN74ALVC164245 和SN74LVC4245等。这些芯片一边采用3.3V 电平供电，另一边采用5V 电平供电，可以使3.3V 逻辑部分驱动5V CMOS装置。
第三篇：关于3.3V、5V电平互连的资料
5V COMS需要注意只能用5V CMOS输入，3.3V TTL和CMOS只能用3.3V TTL和CMOS输入（不能用5V输入），其他可以随便接,但是对应于常用的型号，例如HC、LVC、LS、ALS、LVT、HCT什么的，总结如下
HC: 高速CMOS：供电2-6V，所以可以用3V或者5V供电，输入不允许开路，上拉和下拉能力同样为5ma
LS: 低功耗肖特基：供电5V，可用HCT代替，上拉弱（5ma），下拉强（20ma）
HCT: 高速CMOS兼容TTL，4.5-5V，与LS完全兼容
ALS: 先进低功耗肖特基：比较少用
LVT: 低压TTL：供电3.3V：
LVC: 低压CMOS：供电3.3、2.8、1.8V
（最常见的是HC和LS，LS和HC的区别就不再赘述了，反正LS逐渐被HC取代，以后尽量用HC就好）
在已经应用到产品的板上，看到LS系列（5V）可由3.3V直接驱动，但是驱动3.3V CMOS 时要加限流电阻（10k）
LVT（3.3V）可与3.3V CMOS、TTL直接相连，可由HC（5V）直接驱动
常用电平转换方案：
(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
如仙童半导体公司的74LVX4245、TI公司的SN74ALVC164245、SN74ALVC4245。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)。
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 > VIH VOL < VIL
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)。
如果只有一两个信号要转换，弄个16245固然罗嗦，就是74AHC04之类的SO-14的芯片，也嫌大了，这是可以考虑 TI 或 Onsemi 的单/双门逻辑系列，如 74AHC1G04, 74AHCT1G04...可以节省板面积、优化布线。
(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。