逻辑电平的一些概念 【转】

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逻辑电平的一些概念 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必须大于此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必须小于此Vol。 5：阀值电平(Vt)： 数字电路芯片都存在一个阈值电平，就是电路刚刚勉强能翻转动作时的电平。它是一个界于Vil、Vih之间的电压值，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，则必须要求输入高电平> Vih，输入低电平<Vil，而如果输入电平在阈值上下，也就是Vil～Vih这个区域，电路的输出会处于不稳定状态。 对于一般的逻辑电平，以上参数的关系如下： 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作为输出端，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。

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逻辑电路几个基本概念：线与逻辑、锁存器、缓冲器、建立时间、缓冲时间 锁存器：输出端的状态不会随输入端的状态变化而变化，只有在有锁存信号时输入的状态被保存到输出，直到下一个锁存信号。通常只有0和1两个值。典型的逻辑电路是D触发器。 缓冲器：多用在总线上，提高驱动能力、隔离前后级，缓冲器多半有三态输出功能。 三态缓冲器就是典型的线与逻辑器件，可允许多个器件挂在一条总线上，当然OC输出也可用在线与逻辑应用上。 OC门，又称集电极开路（漏极开路）与非门门电路，Open Collector（Open Drain）。为什么引入OC门？实际使用中,有时需要两个或两个以上与非门的输出端连接在同一条导线上，将这些与非门上的数据（状态电平）用同一条导线 输送出去。因此，需要一种新的与非门电路--OC门来实现“线与逻辑”。OC门主要用于3个方面：实现与或非逻辑，用做电平转换，用做驱动器。由于OC门 电路的输出管的集电极悬空，使用时需外接一个上拉电阻Rp到电源VCC。OC门使用上拉电阻以输出高电平，此外为了加大输出引脚的驱动能力，上拉电阻阻值 的选择原则，从降低功耗及芯片的灌电流能力考虑应当足够大；从确保足够的驱动电流考虑应当足够小。 线与逻辑，即两个输出端（包括两个以上）直接互连就可以实现“AND”的逻辑功能。在总线传输等实际应用中需要多个门 的输出端并联连接使用，而一般TTL门输出端并不能直接并接使用，否则这些门的输出管之间由于低阻抗形成很大的短路电流（灌电流），而烧坏器件。在硬件 上，可用OC门或三态门（ST门）来实现。用OC门实现线与，应同时在输出端口应加一个上拉电阻。 三态门（ST门）主要用在应用于多个门输出共享数据总线，为避免多个门输出同时占用数据总线，这些门的使能信号（EN）中只允许有一个为有效电平（如高电 平），由于三态门的输出是推拉式的低阻输出，且不需接上拉（负载）电阻，所以开关速度比 OC门快，常用三态门作为输出缓冲器。 建立时间和保持时间 　 图1 建立时间（setup time）是 指在触发器的时钟信号上升沿到来以前，数据稳定不变的时间，如果建立时间不够，数据将不能在这个时钟上升沿被打入触发器；保持时间（hold time）是指在触发器的时钟信号上升沿到来以后，数据稳定不变的时间， 如果保持时间不够，数据同样不能被打入触发器。 如图1 。 数据稳定传输必须满足建立和保持时间的要求，当然在一些情况下，建立时间和保持时间的值可以为零。 PLD/FPGA开发软件可以自动计算两个相关输入的建立和保持时间（如图2） 　 竞争和冒险 几乎所有关于数字电路的教材，都会提到数字电路中的竞争和冒险问题，但是这个问题往往被我们忽略。我们可以先来回顾一下关于竞争和冒险的一些基本概念。 　 PLD内部毛刺产生的原因 我们在使用分立元件设计数字系统时，由于PCB走线时，存在分布电感和电容，所以几纳秒的毛刺将被自然滤除，而在PLD内部决无分布电感和电容，所以在PLD/FPGA设计中，竞争和冒险问题将变的较为突出。

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什么是OC、OD 什么是OC、OD 什么是OC、OD 集电极开路门(集电极开路 OC 或源极开路 OD) open-drain是漏极开路输出的意思，相当于集电极开路(open-collector)输出，即ttl中的集电极开路（oc）输出。一般用于线或、线与，也有的用于电流驱动。 open-drain是对mos管而言，open-collector是对双极型管而言，在用法上没啥区别。 开漏形式的电路有以下几个特点： a. 利用外部电路的驱动能力，减少IC内部的驱动。 或驱动比芯片电源电压高的负载. b. 可以将多个开漏输出的Pin，连接到一条线上。通过一只上拉电阻，在不增加任何器件的情况下，形成“与逻辑”关系。这也是I2C，SMBus等总线判断总线占用状态的原理。如果作为图腾输出必须接上拉电阻。接容性负载时，下降延是芯片内的晶体管，是有源驱动，速度较快；上升延是无源的外接电阻，速度慢。如果要求速度高电阻选择要小，功耗会大。所以负载电阻的选择要兼顾功耗和速度。 c. 可以利用改变上拉电源的电压，改变传输电平。例如加上上拉电阻就可以提供TTL/CMOS电平输出等。 d. 开漏Pin不连接外部的上拉电阻，则只能输出低电平。一般来说，开漏是用来连接不同电平的器件，匹配电平用的。 正常的CMOS输出级是上、下两个管子，把上面的管子去掉就是OPEN-DRAIN了。这种输出的主要目的有两个：电平转换和线与。 由于漏级开路，所以后级电路必须接一上拉电阻，上拉电阻的电源电压就可以决定输出电平。这样你就可以进行任意电平的转换了。 线与功能主要用于有多个电路对同一信号进行拉低操作的场合，如果本电路不想拉低，就输出高电平，因为OPEN-DRAIN上面的管子被拿掉，高电平是靠外接的上拉电阻实现的。（而正常的CMOS输出级，如果出现一个输出为高另外一个为低时，等于电源短路。） OPEN-DRAIN提供了灵活的输出方式，但是也有其弱点，就是带来上升沿的延时。因为上升沿是通过外接上拉无源电阻对负载充电，所以当电阻选择小时延时就小，但功耗大；反之延时大功耗小。所以如果对延时有要求，则建议用下降沿输出。

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