《FPGA全程进阶---实战演练》第二十一章之 几种常用电平分析及特性

TTL，CMOS以及LVTTL,LVCMOS

  TTL和CMOS是数字电路中两种常见的逻辑电平，LVTTL和LVCMOS是两者低电平版本。TTL是流控器件，输入电阻小，TTL电平器件速度快，驱动能力大，但功耗大。CMOS是MOS管逻辑，为压控器件，且输入电阻极大，CMOS电平器件速度慢，驱动能力不足TTL，但功耗小。正是由于CMOS器件输入阻抗很大，外界微小的干扰就有可能引起电平的翻转，所以CMOS器件上未使用的输入引脚应做上下拉处理，不能浮空。

  由于TTL和CMOS电平在0或1时不一样，所以需要满足VOH（发送方） > VIH（接收方）,且提供一定的噪声容限，发送方VOL小于接收方VIL,且提供一定的噪声容限。

  高逻辑电平驱动低逻辑电平时，可串联50~330Ω电阻进行电平的转换。其中JTAG就是一个例子，在使用Cyclone III代芯片时，JTAG为2.5V电平，而Cyclone III是3.3V电平，使用时需要串接电阻，以实现电平的转换。串联电阻有时对于驱动能力较强的元器件如74LVT系列，为了消除信号振铃，可以串联电阻消除信号振铃现象。

  与驱动能力相关的两个名词：拉电流与灌电流。

  拉电流：拉电流是指电流方向为负，电流流出器件，称为拉电流，比如IOH；

  灌电流：灌电流指的是电流方向为正，电流流入器件，称为灌电流，比如IOL；

  Bipolar工艺的器件，特点是速度高，驱动能力强，但功耗大；CMOS工艺的器件，驱动能力和速度较Bipolar弱，但其集成度高，功耗低；而BiCMOS兼有Bipolar和CMOS的优势。

CMOS和TTL不适合高速电路原因

  1）电平幅度较大，即使是低电平版本，摆幅也到了3.3V或2.5V，因此信号变化沿所耗费的时间越长，不适合于传输频率达到200MHz以上的信号。

  2）输出信号为单端。在传输路径上易受到干扰，不利于远距离的传输

  3）功耗较大。

器件手册需要了解到的知识

  作为硬件工程师，每天都需要与各种电子元器件的手册打交道，那么对于手册上的一些参数值是我们往往需要关心的。在选择器件时，往往根据这些器件的参数值进行筛选，就可以选择到合适的芯片。

  1) Features：一般我们在查看手册时，手册第一页就会有关于此器件的Features，这是我们需要关心的，通过此Features我们就可以除去一部分不适合的芯片。

  2) Absolute Maximum Ratings：这一部分是我们常常需要留心的，器件极限参数值。其中有些参数必须要理解：

    1】 Vcc：电源电压。第一，确保上电和下电时电源电压的过冲小于极限值；第二，正常工作

电源电压加上纹波电压的最大值要小于极限值。

    2】 VI：输入信号电平，要求输入信号的上升沿和下降沿的过冲不能超过一定的值。

    3】 VO：输出信号电平，一般会看到 -0.5V （min），Vcc + 0.5V（max）其中Vcc应为器件正常工作时的电压，而不是最大电压值。

    4】IIK：输入钳位电流，指工作电压超出正常值之外时，允许流入器件输入端的最大电流。

    5】IOK：输出钳位电流，指工作电压超出正常值之外时，允许流入器件输出端的最大电流。

  3) Electrical Characteristics：这一部分是我们常常需要留心的，器件电气参数值。其中有些参数必须要理解：

  II ：器件正常工作时流入（输入信号为高电平）或工作时流出（输入信号为低电平）输入端口的电流。CMOS工艺的逻辑器件属于压控型，输入电流很小，通过器件参数II与Icc可以判断该器件的工艺类型为CMOS，还是TTL工艺。

  CI ：输入电容，指逻辑器件输入端口的寄生电容，在电路设计时可以视为驱动能力的指标。如Cypress CY2305器件资料中，定义CL参数为30pF,即该器件输出引脚的容性负载能力是30pF,对于74LVC125A器件的CI 为5pF,所以一个CY2305最多可以带动6个74LVC125A器件。