信号逻辑电平标准

Griffin

信号的逻辑电平经历了从单端信号到差分信号、从低速信号到高速信号的发展过程。最基本的单端信号逻辑电平为CMOS、TTL，在此基础上随着电压摆幅的降低，出现LVCMOS、LVTTL等逻辑电平，随着信号速率的提升又出现ECL、PECL、LVPECL、LVDS、CML等差分信号逻辑电平。
6 g' c" d: _- f; T5 o
1.信号逻辑电平参数概念定义逻辑电平是指数字信号电压的高、低电平，相关参数定义如下：: {' G% p- k* U' z" m' T
. a& u$ `4 V) a9 L  F- v2 G" X6 X+ r) I3 n
, ]! x7 l, b. V" Z5 O
5 V- m4 N* T( c
9 X, F7 L$ h2 ]* D* T; T( T% w5 |
(1)输入高电平门限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;5 q2 f2 ?% e/ Y% }4 _

/ ]2 o* d) F/ o2 g# ~4 O0 G* i4 I& z* {6 V" h6 p2 y) |
(2)输入低电平门限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;2 H& K: A% i4 ]7 n  e% F( m
5 J" k7 ~0 k( n
1 R  V- K5 {! R) k: c' F% u4 b9 C, G. \
9 W  z) S( E4 K$ A8 k6 p% b  _(3)输出高电平门限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;" y0 J. Y$ s# L: R+ L
5 B/ Y0 H# K- B$ M
: j5 o5 x0 ^) A2 N) q& t
1 m5 x6 [# i  A- ]9 F- @(4)输出低电平门限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;1 p5 @6 D8 I) G  A
! P' f% o6 v% h* E( f% M/ T# L3 T6 Q
5 u8 T/ t: U7 j, D
% \0 h/ r5 y/ h: P! ^; [(5)阈值电平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。它是一个介于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。

/ Q! u4 h. v/ }3 j. y
( E0 P5 f. f2 G
Tips:阈值电平只是用来表征数字电路芯片的特性，实际硬件电路设计过程中具有实际意义的是Vih和Vil。
1 h3 ^% `6 `- o1 s, b: T4 e/ P8 F" a& P: ^( O
0 x. C& u/ X' n6 K5 r  p5 v3 E: }- U; D
对于一般的逻辑电平，Vih、Vil、Voh、Vol以及Vt的关系为：Voh>Vih>Vt>Vil >Vol: w1 }+ y) y2 o" @3 y1 V0 }5 R$ T

: N- L; r6 d- \8 E3 p  C
(6)Ioh：逻辑门输出为高电平时的负载电流(为拉电流);/ s/ P' X& P4 q) `7 w; ~2 ^! M3 T' Q& D
$ `" Y* w# T2 J7 d
$ l) w' [+ g9 E; t: m. B" q8 `8 ]+ K, d5 O+ |8 R2 `+ z
(7)Iol：逻辑门输出为低电平时的负载电流(为灌电流);+ `& _4 ?) D4 f) R

$ a5 k" j# J+ p% y
6 ?! r" H9 l. o9 [" E  C(8)Iih：逻辑门输入为高电平时的电流(为灌电流);( ]1 Z* h; Y, \( X
0 F8 V& F. ?8 ~" u; i" {

(9)Iil：逻辑门输入为低电平时的电流(为拉电流)。  S! H( e+ M. t% M& }" ]* }
. H/ ?% m5 j' E! G, Z2 i9 N4 T3 A5 T

! q: X6 U/ e' i4 o7 I: y6 l! @2.常见信号逻辑电平参数常用的逻辑电平有：TTL、CMOS、ECL、PECL、LVDS、LVPECL、RS232、RS422、RS485、CML、SSTL、HSTL等。
+ g5 L2 `6 |2 `0 F: b  \3 a/ @1 g5 {" u. h. e6 z



(1)TTL和CMOS的逻辑电平按典型电压可分为四类：5V系列、3.3V系列、2.5V系列和1.8V系列，3.3V的TTL电平和CMOS电平通常称为LVTTL和LVCMOS；　　! J9 k8 R! S% z, E
# J3 u! T4 X8 V& P* @' l! ~( B) G5 G$ _
: I. A. X9 ^9 g! K
(2)RS232/RS422/RS485是串口(UART)的电平标准，RS232是单端输入输出，RS422和RS485是差分输入输出；+ t5 T* V% ]# O( @9 a; f! B$ g( e
( {# ?5 D# m" T; P9 ?9 J* y
& K& r) o$ x( B" ~& S2 _- u
7 C" x/ U0 c) q0 _, l(3)ECL、PECL、LVPECL、LVDS、CML是差分输入输出电平；- K7 P: \( ^; A) {
　　
. L+ K; N* l0 i4 `0 _! v. V(4)SSTL主要用于DDR存储器，HSTL主要用于QDR存储器。4 W! p; O' E2 E6 M. Y
, [" `- l. y) _" c: k5 O
2 L. {) k+ h  e5 ^2 F. K* ]2 a- P& J, Q. L7 n
  c6 {4 Q& b: g/ u9 E电平通常标准参数如下表所示，具体芯片建议参考Datasheet。
! i- r0 m& x8 m) q+ j3 [　                                               
& \6 ~: Z! U5 J7 a

由上表可见，常用的差分信号电平标准LVPECL、LVDS、CML的输入和输出端具有相同的门限参数。这是由产生差分信号的硬件结构决定的。 1 h# I. r/ s5 t. O