逻辑电平详细介绍

逻辑电平详细介绍

逻辑电平有：TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、ECL、PECL、LVDS、GTL、BTL、ETL、GTLP；RS232、RS422、RS485等。 

常用逻辑系列器件 

TTL：Transistor-Transistor Logic 

CMOS：Complementary Metal Oxide Semicondutor 

LVTTL：Low Voltage TTL 

LVCMOS：Low Voltage CMOS 

ECL：Emitter Coupled Logic， 

PECL：Pseudo/Positive Emitter Coupled Logic 

LVDS：Low Voltage Differential Signaling 

GTL：Gunning Transceiver Logic 

BTL： Backplane Transceiver Logic 

ETL： enhanced transceiver logic 

GTLP：Gunning Transceiver Logic Plus 

TI的逻辑器件系列有：74、74HC、74AC、74LVC、74LVT等 

S – Schottky Logic 

LS – Low-Power Schottky Logic 

CD4000 – CMOS Logic 4000 

AS – Advanced Schottky Logic 

74F – Fast Logic 

ALS – Advanced Low-Power Schottky Logic 

HC/HCT – High-Speed CMOS Logic 

BCT – BiCMOS Technology 

AC/ACT – Advanced CMOS Logic 

FCT – Fast CMOS Technology 

ABT – Advanced BiCMOS Technology 

LVT – Low-Voltage BiCMOS Technology 

LVC – Low Voltage CMOS Technology 

LV – Low-Voltage 

CBT – Crossbar Technology 

ALVC – Advanced Low-Voltage CMOS Technology 

AHC/AHCT – Advanced High-Speed CMOS 

CBTLV – Low-Voltage Crossbar Technology 

ALVT – Advanced Low-Voltage BiCMOS Technology 

AVC – Advanced Very-Low-Voltage CMOS Logic 

TTL器件和CMOS器件的逻辑电平

：逻辑电平的
概念

要了解逻辑电平的内容，首先要知道以下几个概念的含义： 

1：输入高电平（Vih）： 保证逻辑门的输入为高电平时所允许的最小输入高电平，当输入电平高于Vih时，则认为输入电平为高电平。 

2：输入低电平（Vil）：保证逻辑门的输入为低电平时所允许的最大输入低电平，当输入电平低于Vil时，则认为输入电平为低电平。 

3：输出高电平（Voh）：保证逻辑门的输出为高电平时的输出电平的最小值，逻辑门的输出为高电平时的电平值都
大于此Voh。 

4：输出低电平（Vol）：保证逻辑门的输出为低电平时的输出电平的最大值，逻辑门的输出为低电平时的电平值都
小于此Vol。 

5：阀值电平(Vt)： 数字电路芯片都存在一个阈值电平，
电路刚刚勉强能翻转动作时的电平。它是一个界于Vil、Vih
的电压值，对于CMOS电路的阈值电平，基本上是二分之一的电源电压值，但要保证稳定的输出，则
要求输入高电平> Vih，输入低电平<Vil，而
输入电平在阈值上下，也
Vil～Vih
区域，电路的输出会处于不稳定
。 

对于
的逻辑电平，
参数的关系如下： 

Voh > Vih > Vt > Vil > Vol。 

6：Ioh：逻辑门输出为高电平时的负载电流（为拉电流）。 

7：Iol：逻辑门输出为低电平时的负载电流（为灌电流）。 

8：Iih：逻辑门输入为高电平时的电流（为灌电流）。 

9：Iil：逻辑门输入为低电平时的电流（为拉电流）。 

门电路输出极在集成单元内不接负载电阻而直接引出
输出端，这种形式的门称为开路门。开路的TTL、CMOS、ECL门分别称为集电极开路（OC）、漏极开路（OD）、发射极开路（OE），使用时应审查是否接上拉电阻（OC、OD门）或下拉电阻（OE门），以及电阻阻值是否合适。对于集电极开路（OC）门，其上拉电阻阻值RL应满足下面条件： 

（1）： RL < （VCC－Voh）/（n*Ioh＋m*Iih） 

（2）：RL > （VCC－Vol）/（Iol＋m*Iil） 

其中n：线与的开路门数；m：被驱动的输入端数。 

：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。

TTL和CMOS的逻辑电平关系

图2－1：TTL和CMOS的逻辑电平图 

上图为5V TTL逻辑电平、5V CMOS逻辑电平、LVTTL逻辑电平和LVCMOS逻辑电平的示意图。 

5V TTL逻辑电平和5V CMOS逻辑电平是很通用的逻辑电平，注意他们的输入输出电平差别较大，在互连时要特别注意。 


5V CMOS器件的逻辑电平参数与供电电压有
关系，

下，Voh≥Vcc-0.2V，Vih≥0.7Vcc；Vol≤0.1V，Vil≤0.3Vcc；噪声容限较TTL电平高。 

JEDEC组织在定义3.3V的逻辑电平标准时，定义了LVTTL和LVCMOS逻辑电平标准。 

LVTTL逻辑电平标准的输入输出电平与5V TTL逻辑电平标准的输入输出电平很接近，从而给

的互连带来了方便。 LVTTL逻辑电平定义的工作电压范围是3.0－3.6V。 

LVCMOS逻辑电平标准是从5V CMOS逻辑电平关注移植过来的，
它的Vih、Vil和Voh、Vol与工作电压有关，其值如上图
。LVCMOS逻辑电平定义的工作电压范围是2.7－3.6V。 

5V的CMOS逻辑器件工作于3.3V时，其输入输出逻辑电平即为LVCMOS逻辑电平，它的Vih大约为0.7×VCC＝2.31V左右，
此电平与LVTTL的Voh（2.4V）
的电压差太小，使逻辑器件工作不稳定性
，

不推荐使用5V CMOS器件工作于3.3V电压的工作方式。

的原因，使用LVCMOS输入电平参数的3.3V逻辑器件也很少。 

JEDEC组织
加强在3.3V上各种逻辑器件的互连和3.3V与5V逻辑器件的互连，在参考LVCMOS和LVTTL逻辑电平标准的基础上，又定义了一种标准，其名称即为3.3V逻辑电平标准，其参数如下： 

图2－2：低电压逻辑电平标准 

从上图可以看出，3.3V逻辑电平标准的参数其实和LVTTL逻辑电平标准的参数差别不大，只是它定义的Vol可以很低（0.2V），
，它还定义了其Voh最高可以到VCC-0.2V，
3.3V逻辑电平标准可以包容LVCMOS的输出电平。在
使用当中，对LVTTL标准和3.3V逻辑电平标准并不太区分，某些地方用LVTTL电平标准来替代3.3V逻辑电平标准，
是可以的。 

JEDEC组织还定义了2.5V逻辑电平标准，如上图
。
，还有一种2.5V CMOS逻辑电平标准，它与上图的2.5V逻辑电平标准差别不大，可兼容。 

低电压的逻辑电平还有1.8V、1.5V、1.2V的逻辑电平。 

、TTL和CMOS逻辑器件

逻辑器件的分类方法有
，下面以逻辑器件的功能、工艺特点和逻辑电平等方法来进行简单描述。 

：TTL和CMOS器件的功能分类

按功能进行划分，逻辑器件可以大概分为以下几类： 门电路和反相器、选择器、译码器、计数器、寄存器、触发器、锁存器、缓冲驱动器、收发器、总线开关、背板驱动器等。 

1：门电路和反相器 

逻辑门主要有与门74X08、与非门74X00、或门74X32、或非门74X02、异或门74X86、反相器74X04等。 

2：选择器 

选择器主要有2-1、4-1、8-1选择器74X157、74X153、74X151等。 

3： 编/译码器 

编/译码器主要有2/4、3/8和4/16译码器74X139、74X138、74X154等。 

4：计数器 

计数器主要有同步计数器74X161和异步计数器74X393等。 

5：寄存器 

寄存器主要有串-并移位寄存器74X164和并-串寄存器74X165等。 

6：触发器 

触发器主要有J-K触发器、带三态的D触发器74X374、不带三态的D触发器74X74、施密特触发器等。 

7：锁存器 

锁存器主要有D型锁存器74X373、寻址锁存器74X259等。 

8：缓冲驱动器 

缓冲驱动器主要有带反向的缓冲驱动器74X240和不带反向的缓冲驱动器74X244等。 

9：收发器 

收发器主要有寄存器收发器74X543、通用收发器74X245、总线收发器等。 

10：总线开关 

总线开关主要
总线交换和通用总线器件等。 

11：背板驱动器 

背板驱动器主要
TTL或LVTTL电平与GTL/GTL+（GTLP）或BTL
的电平转换器件。 

：TTL和CMOS逻辑器件的工艺分类特点

按工艺特点进行划分，逻辑器件可以分为Bipolar、CMOS、BiCMOS等工艺，其中
器件系列有： 

Bipolar（双极）工艺的器件有： TTL、S、LS、AS、F、ALS。 

CMOS工艺的器件有： HC、HCT、CD40000、ACL、FCT、LVC、LV、CBT、ALVC、AHC、AHCT、CBTLV、AVC、GTLP。 

BiCMOS工艺的器件有： BCT、ABT、LVT、ALVT。 

：TTL和CMOS逻辑器件的电平分类特点

TTL和CMOS的电平主要有以下几种：5VTTL、5VCMOS（Vih≥0.7*Vcc，Vil≤0.3*Vcc）、3.3V电平、2.5V电平等。 

5V的逻辑器件 

5V器件包含TTL、S、LS、ALS、AS、HCT、HC、BCT、74F、ACT、AC、AHCT、AHC、ABT等系列器件 

3.3V及以下的逻辑器件 

包含LV的和V 系列及AHC和AC系列，主要有LV、AHC、AC、ALB、LVC、ALVC、LVT等系列器件。 

具体