TTL电平、CMOS电平、RS232通信电平的概念及区别

工程师进阶笔记

电平的概念：
% N1 I0 {- ]: G' w3 ~, m: L1 ?   人们在初学"电"的时候，往往把抽象的电学概念用水的具体现象进行比喻。如水流比电流、水压似电压、水阻喻电阻。解释"电平"不妨如法炮制。我们说的"水平"，词典中解释与水平面平行、或在某方面达到一定高度，引申指事物在同等条件下的比较结论。如人们常说到张某工作很有水平、李某办事水平很差。这样的话都知其含义所在。即指"张某"与"李某"相比而言。故借"水平"来比喻"电平"能使人便于理解。
   什么是"电平"？"电平"就是指电路中两点或几点在相同阻抗下电量的相对比值。这里的电量自然指"电功率"、"电压"、"电流"并将倍数化为对数，用"分贝"表示，记作"dB"。分别记作：10lg(P2/P1)、20lg(U2/U1)、20lg(I2/I1)上式中P、U、I分别是电功率、电压、电流。
   使用"dB"有两个好处：其一读写、计算方便。如多级放大器的总放大倍数为各级放大倍数相乘，用分贝则可改用相加。其二能如实地反映人对声音的感觉。实践证明，声音的分贝数增加或减少一倍，人耳听觉响度也提高或降低一倍。即人耳听觉与声音功率分贝数成正比。例如蚊子叫声与大炮响声相差100万倍，但人的感觉仅有60倍的差异，而100万倍恰是60dB。

. Z3 d8 I  r: \' J) O; Y一、TTL电平：
- {& F9 N$ X2 w8 y( j' a   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（Transistor-TransistorLogic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。
   TTL电平信号对于计算机处理器控制的设备内部的数据传输是很理想的，首先计算机处理器控制的设备内部的数据传输对于电源的要求不高以及热损耗也较低，另外TTL电平信号直接与集成电路连接而不需要价格昂贵的线路驱动器以及接收器电路；再者，计算机处理器控制的设备内部的数据传输是在高速下进行的，TTL接口的操作恰能满足这个要求。而TTL型通信大多数情况下，是采用并行数据传输方式，而并行数据传输对于超过10英尺的距离就不适合了。这是由于可靠性和成本两面的原因。因为在并行接口中存在着偏相和不对称的问题，这些问题对可靠性均有影响。
   TTL输出高电平>2.4V，输出低电平=2.0V，输入低电平
   TTL电路是电流控制器件，TTL电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)，但是功耗大。
) h, o7 O/ G' ^( g0 S( ^2 \' |4 X输出L：2.4V。
输入L：2.0V
TTL器件输出低电平要小于0.8V，高电平要大于2.4V。输入，低于1.2V就认为是0，高于2.0就认为是1。
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3 v; Z0 L) o  I8 p二、CMOS电平：
  COMS集成电路是互补对称金属氧化物半导体（Complementary symmetry metal oxide semiconductor）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电路的供电电压电压波动允许±10，当输出电压高于VDD-0.5VVDD范围比较广在+5--+15V均能正常工作，时为逻辑1，输出电压低于VSS+0.5V(VSS为数字地)为逻辑0，扇出数为10--20个COMS门电路.
输出L：0.9*Vcc。
输入L：0.7*Vcc.
# m: o) m9 H' Y" w由于CMOS电源采用12V，则输入低于3.6V为低电平，噪声容限为1.8V，高于3.5V为高电平，噪声容限高为1.8V。比TTL有更高的噪声容限。

三、RS232标准
# j! `: K' z/ }8 |- `2 h' u7 z   RS－232原是基于公用电话网的一种串行通信标准，推荐的最大电缆长度为15米，即传输距离一般不超过15米。它的逻辑电平以公共地为对称，其逻辑"0"电平规定在＋3～＋25V之间，逻辑"1"电平则在－3～－25V之间，因而它不仅要使用正负极性的双电源，而且与传统的TTL数字逻辑电平不兼容，两者之间必须使用电平转换。逻辑1的电平为-3～-15V，逻辑0的电平为+3～+15V，注意电平的定义反相了一次。
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  K' `4 e* Y1 x) \2 J  `/ Q  TTL电路的电平就叫TTL电平，CMOS电路的电平就叫CMOS电平电平，TTL集成电路的全名是晶体管-晶体管逻辑集成电路（Transistor-TransistorLogic),COMS集成电路是互补对称金属氧化物半导体（Complementary symmetry metal oxide semiconductor）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。  
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四、TTL与CMOS电平使用起来有什么区别：
" c( n7 ~: h* r+ N% v; @4 o1.电平的上限和下限定义不一样，CMOS具有更大的抗噪区域。同是5伏供电的话，TTL一般是1.7V和3.5V的样子，CMOS一般是2.2V,2.9V的样子，不准确，仅供参考。
" i( D# R- B9 U  Q. e2.电流驱动能力不一样，TTL一般提供25毫安的驱动能力，而CMOS一般在10毫安左右。
. R! q0 w9 w- }* i  w5 j3.需要的电流输入大小也不一样，一般TTL需要2.5毫安左右，CMOS几乎不需要电流输入。
  U* I. d* T! m- _: w+ A, r4.很多器件都是兼容TTL和CMOS的，datasheet会有说明。如果不考虑速度和性能，一般器件可以互换。但是需要注意有时候负载效应可能引起电路工作不正常，因为有些TTL电路需要下一级的输入阻抗作为负载才能正常工作。