常见IO电平标准

2011-10-20

现在常用的电平标准有：TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、ECL、PECL、LVPECL、RS232、RS485等，还有一些速度比较高的LVDS、GTL、PGTL、CML、HSTL、SSTL等。下面简单介绍一下各自的供电电源、电平标准以及使用注意事项。

1. TTL（Transistor-Transistor Logic 三极管结构）

Vcc：5V；Voh >= 2.4V；Vol <= 0.5V；Vih >= 2V；Vil <= 0.8V。因为2.4V与5V之间还有很大空闲，对改善噪声容限并没什么好处，又会白白增大系统功耗，还会影响速度。所以后来就把一部分“砍”掉了。也就是后面的LVTTL。

2. LVTTL（Low Voltage TTL）

LVTTL又分3.3V、2.5V以及更低电压的LVTTL。

l 3.3V LVTTL： Vcc：3.3V；Voh >= 2.4V；Vol <= 0.4V；Vih >= 2V；Vil <= 0.8V。 l 2.5V LVTTL： Vcc：2.5V；Voh >= 2.0V；Vol <= 0.2V；Vih >= 1.7V；Vil <= 0.7V。

更低的LVTTL不常用就先不讲了，多用在处理器等高速芯片，使用时查看芯片手册就OK了。 TTL使用注意：TTL电平一般过冲都会比较严重，可能在始端串22欧或33欧电阻。TTL电平输入脚悬空时内部认为是高电平。要下拉的话应用1k以下电阻下拉。TTL输出不能驱动CMOS输入。

3. CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor MOS）

Vcc：5V；Voh >= 4.45V；Vol <= 0.5V；Vih >= 3.5V；Vil <= 1.5V。 相对TTL有了更大的噪声容限，输入阻抗远大于TTL输入阻抗。对应3.3V LVTTL，出现了LVCMOS，可以与3.3V的LVTTL直接相互驱动。

l 3.3V LVCMOS：Vcc：3.3V；Voh >= 3.2V；Vol <= 0.1V；Vih >= 2.0V；Vil <= 0.7V。 l 2.5V LVCMOS：Vcc：2.5V；Voh >= 2V；Vol <= 0.1V；Vih >= 1.7V；Vil <= 0.7V。

CMOS使用注意：CMOS结构内部寄生有可控硅结构，当输入或输入管脚高于VCC定值（比如一些芯片是0.7V）时，电流足够大的话，可能引起闩锁效应，导致芯片的烧毁。

4. ECL（Emitter Coupled Logic发射极耦合逻辑电路－差分结构）

Vcc = 0V；Vee = －5.2V；Voh = －0.88V；Vol = －1.72V；Vih = －1.24V；Vil = －1.36V。 速度快，驱动能力强，噪声小，很容易达到几百兆的应用。但是功耗大，需要负电源。为简化电源，出现了PECL（ECL结构，改用正电压供电）和LVPECL。

l PECL（Pseudo/Positive ECL）

Vcc = 5V；Voh = 4.12V；Vol = 3.28V；Vih = 3.78V；Vil = 3.64V 。 l LVPELC（Low Voltage PECL）

Vcc = 3.3V；Voh = 2.42V；Vol = 1.58V；Vih = 2.06V；Vil = 1.94V。

ECL、PECL、LVPECL使用注意：不同电平不能直接驱动。中间可用交流耦合、电阻网络或专用芯片进行转换。以上三种均为射随输出结构，必须有电阻拉到一个直流偏置电压。（如多用于时钟的LVPECL：直流匹配时用130欧上拉，同时用82欧下拉；交流匹配时 用82欧上拉，同时用130欧下拉。但两种方式工作后直流电平都在1.95V左右。）

前面的电平标准摆幅都比较大，为降低电磁辐射，同时提高开关速度又推出LVDS电平标准。

5. LVDS（Low Voltage Differential Signaling）

差分对输入输出，内部有一个恒流源3.5～4mA，在差分线上改变方向来表示0和1。通过外部的100欧匹配电阻（并在差分线上靠近接收端）转换为 ±350mV的差分电平。

LVDS使用注意：可以达到600M以上，PCB要求较高，差分线要求严格等长，差最好不超过10mil(0.25mm)。100欧电阻离接收端距离不能超过500mil，最好控制在300mil以内。下面的电平用的可能不是很多，由于篇幅关系，只简单做一下介绍。如果感兴趣的话可以联系我。

6. CML

是内部做好匹配的一种电路，不需再进行匹配。三极管结构，也是差分线，速度能达到3G以上。只能点对点传输。

7. GTL

类似CMOS的一种结构，输入为比较器结构，比较器一端接参考电平，另一端接输入信号。1.2V电源供电。

l GTL：Vcc = 1.2V；Voh >= 1.1V；Vol <= 0.4V；Vih >= 0.85V；Vil <= 0.75V 。

l PGTL/GTL+： Vcc = 1.5V；Voh >= 1.4V；Vol <= 0.46V；Vih >= 1.2V；Vil <= 0.8V 。

8. HSTL

主要用于QDR存储器的一种电平标准：一般有V¬；CCIO = 1.8V和V¬；CCIO =1.5V。和上面的GTL相似，输入为比较器结构，比较器一端接参考电平（VCCIO/2），另一端接输入信号。对参考电平要求比较高（1%精度）。

9. SSTL

主要用于DDR存储器，与HSTL基本相同。V¬；CCIO = 2.5V，输入为比较器结构，比较器一端接参考电平1.25V，另一端接输入信号。对参考电平要求比较高（1%精度）。 HSTL和SSTL大多用在300M以下。

10. RS232和RS485

RS232采用±12～15V供电，我们电脑后面的串口即为RS232标准。+12V表示0，－12V表示1。可以用MAX3232等专用芯片转换，也可以用两个三极管加一些外围电路进行反相和电压匹配。 RS485是一种差分结构，相对RS232有更高的抗干扰能力。传输距离可以达到上千米。