详解电平种类与电平转换
常用电平类型
常用电平类型摘要：一、引言二、电平类型介绍1.数字电平2.模拟电平三、数字电平分类1.TTL 电平2.CMOS 电平3.LVTTL 电平四、模拟电平分类1.音频电平2.视频电平五、电平转换器六、结论正文：常用电平类型包括数字电平和模拟电平。
其中，数字电平主要应用于数字电路，根据工作电压和传输信号的不同，可以分为TTL 电平、CMOS 电平和LVTTL 电平。
模拟电平则主要应用于模拟电路，包括音频电平和视频电平等。
在实际应用中，为了实现不同电平之间的信号传输或转换，还需要使用电平转换器。
数字电平主要分为三类：1.TTL 电平：是指5V 供电的Transistor-Transistor Logic（晶体管- 晶体管逻辑）电平，其输出高电平为3.4V，输出低电平为0.3V。
TTL 电平在数字电路中应用广泛，但存在功耗较高和抗干扰能力较弱的问题。
2.CMOS 电平：是指低功耗的Complementary Metal-Oxide-Semiconductor（互补金属氧化物半导体）电平，其供电电压一般为3.3V 或1.8V，输出高电平为1.5V，输出低电平为0V。
CMOS 电平具有低功耗、高抗干扰能力的特点，在现代电子设备中得到广泛应用。
3.LVTTL 电平：是低电压TTL 电平的简称，其供电电压为3.3V 或1.8V，输出高电平为2.4V，输出低电平为0.8V。
LVTTL 电平在保持TTL 电平基本特性的同时，降低了功耗，提高了抗干扰能力。
模拟电平主要应用于模拟电路，包括音频电平和视频电平等。
音频电平通常指音频信号的电压范围，如常见的0dBV（1V 的参考电压）和-10dBV （0.1V 的参考电压）等。
视频电平则是指视频信号的电压范围，如常见的1V 和0.7V 等。
在实际应用中，由于不同设备或系统之间的电平标准可能不同，因此需要使用电平转换器来实现不同电平之间的信号传输或转换。
电平转换器可以将一个电平标准转换为另一个电平标准，以满足不同设备之间的通信需求。
6种电平转换的优缺点
6种电平转换的优缺点电平转换是一种将其中一电平信号转换为另一种电平信号的技术。
电平转换广泛应用于各行各业，例如电子设备间的通信、数字电路的设计等。
不同的电平转换方式各有优缺点，下面将介绍6种常见的电平转换方式以及其优缺点。
1.共集电平转换：共集电平转换器是将输入信号通过NPN晶体管等器件进行电平转换的方式。
它常用于信号放大、隔离、匹配等应用中。
优点：(1)输入输出具有相同的电平；(2)输入端与输出端的电阻可以不相等，有很大的灵活性；(3)输入阻抗较高，输出阻抗较低，能够匹配不同电路之间的阻抗差异。
缺点：(1)输出电压下降约0.6V，因晶体管的饱和压降导致；(2)放大倍数相对较低，不适合要求高放大倍数的应用。
2.共射电平转换：共射电平转换器是将输入信号通过NPN晶体管等器件进行电平转换的方式。
它常用于信号放大、缓冲、驱动等应用中。
优点：(1)输出电压较高，适合需要高电平输出的应用；(2)放大倍数相对较高，适合需要高放大倍数的应用。
缺点：(1)输出电压与输入电压之间没有确定的关系；(2)输出端存在一定的电流噪声。
3.共射共集电平转换：共射共集电平转换器是将输入信号通过两级晶体管共同作用进行电平转换的方式。
它常用于信号放大、隔离、驱动等应用中。
优点：(1)既具有共集电平转换的优点，又具有共射电平转换的优点；(2)输入输出具有相同的电平；(3)放大倍数较高。
缺点：(1)外部电路复杂，对器件和参数的匹配要求较高。
4.非反相器电平转换：非反相器电平转换是将输入信号经过一个非反相的放大电路，通过放大转换成输出信号的方式。
它常用于信号放大、反相、驱动等应用中。
优点：(1)不改变输入输出信号的相位；(2)可以将输入信号放大一定倍数。
缺点：(1)输出电压与输入电压之间没有确定的关系，根据电路参数的不同可能出现放大或衰减的情况；(2)输入阻抗较低，需要适配输入设备。
5.反相器电平转换：反相器电平转换是将输入信号经过一个反相的放大电路，通过放大转换成输出信号的方式。
电平标准分类
电平标准分类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（V oh）：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V oh。
4：输出低电平（V ol）：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V ol。
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：V oh > Vih > Vt > Vil > V ol。
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－V oh）/（n*Ioh＋m*Iih）（2）：RL > （VCC－V ol）/（Iol＋m*Iil）其中n：线与的开路门数；m：被驱动的输入端数。
什么是电平转换，如何进行电平转换？
什么是电平转换，如何进行电平转换？
1、什么是电平转换？
首先来了解一下什么是电平转换，为什么需要进行电平转换？电平转换针对的是两个或者两个以上的CPU之间的通讯需要进行的一种转换技术，两个CPU如果供电电压不一样，比如一个是3.3V，另一个是5.0V，那么在两者进行I2C通讯或者其他通讯时候需要建立连接关系。
因此这两个属于不同类别的逻辑电路在通讯时候不可避免地会遇到不同逻辑电路的电平转换问题。
对于TTL逻辑电路来说，供电电压为3.3V的高电平输出临界值VOHmin = 2.4V，低电平输入临界值VIHmin=2.OV；而对于CMOS逻辑电路来说，供电电压为5.0V的高电平输出临界值VOHmin = 4.99V，低电平输出临界值VIHmin=3.5OV；可以看出电压两者电压存在差异，因此要进行电平转换。
2、如何进行电平转换？
如果要进行电平转换，首先要了解信号传输速度以及信号单双向等问题，信号传输的速度决定着是否可以用简单的三极管、二极管以及电阻简单的元器件组合进行电平转换，同时要考虑信号的发送还是接收还是双向通讯，如果信号是发送以及接收两部分分开，同时信号传输速度不是很高的话可以考虑用简单的电路进行电平转换，例如下面是电平简单电路
1）5V转3.3V的电路
2）3.3V转5V的电平简单电路
有时候为了成本或者元器件选型情况用较为简单的单向电平转换电路，现在在电平转换时候很多是选择专门芯片，例如74AHC系列芯片、TP3232N、TP3222N、MAX3232等。
逻辑电平分类与解释
逻辑电平分类与解释逻辑电平分类与解释一、逻辑电平的一些基本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。
< p="">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）。
10、OC、OD、OE门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门称为集电极开路（OC）；开路的CMOS门称为漏极开路（OD）；开路的ECL门称为发射极开路（OE）；开路门使用时必须外接上拉电阻（OC、OD门）或下拉电阻（OE 门），才能将它们的开关电平作为高低电平用，否则它们只为大电压和大电流负载提供开关，所以又叫做驱动门电路。
各种电平知识总结
各种电平知识总结噪声容限（Noise Margin）是指在前一极输出为最坏的情况下，为保证后一极正常工作，所允许的最大噪声幅度。
CMOS芯片的噪声容限比TTL通常大，因为VOH是离电源电压较近，并且最小值是离零较近。
噪声容限越大说明容许的噪声越大，电路的抗干扰性越好。
高电平噪声容限=最小输出高电平电压-最小输入高电平电压=VOH-VIH低电平噪声容限=最大输入低电平电压-最大输出低电平电压=VIL-VOL噪声容限=min{高电平噪声容限，低电平噪声容限}这里主要总结了TTL、CMOS、RS232、RS485和RS422电平的相关知识：TTL电平：TTL集成电路的全名是晶体管-晶体管逻辑集成电路（Transistor-Transistor Logic),主要有54/74系列标准TTL、高速型TTL（H-TTL）、低功耗型TTL（L-TTL）、肖特基型TTL（S-TTL）、低功耗肖特基型TTL（LS-TTL）五个系列。
TTL电路是电流控制器件，TTL电路的速度快，传输延时短，但是功耗较大（1～5mA/门）；TTL一般可以提供25mA的驱动能力，而CMOS只能提供10mA左右的驱动能力；TTL 电平一般过冲都会比较严重，在电路中可以串22或33欧姆电阻（过冲：在某一时刻本应该为低电平时，由于下降沿不够理想，该时刻仍然是高电平，主要原因是高电平太高，不能及时下降至低电平，串接电阻可以降低电压）；TTL电平输入引脚悬空时认为是高电平，悬空相当于接了一个无穷大的电阻；若要下拉应使用1K以下的电阻下拉，因为由TTL门电路的输入端负载特性可知，只有在输入端接的串联电阻小于910欧时，它输入来的低电平信号才能被门电路识别出来，串联电阻再大的话输入端就一直呈现高电平；TTL输出不能驱动CMOS 输入，主要是因为TTL的VOH不一定大于CMOS的VIH；CMOS输出可以驱动TTL输入，主要因为CMOS的VOH>2.0V且VOL<0.8V；TTL驱动CMOS时需要加上拉电阻。
常用的电平转换方案
常用的电平转换方案1，TTL电平(什么是TTL电平)：输出高电平>2.4V,输出低电平<0.4V。
在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平是0.2V。
最小输入高电平和低电平：输入高电平>=2.0V，输入低电平<=0.8V，噪声容限是0.4V。
2，CMOS电平：1逻辑电平电压接近于电源电压，0逻辑电平接近于0V。
而且具有很宽的噪声容限。
3，电平转换电路：因为TTL和COMS的高低电平的值不一样（ttl 5v<＝＝>cmos 3.3v），所以互相连接时需要电平的转换：就是用两个电阻对电平分压，没有什么高深的东西。
哈哈4，OC门，即集电极开路门电路，OD门，即漏极开路门电路，必须外界上拉电阻和电源才能将开关电平作为高低电平用。
否则它一般只作为开关大电压和大电流负载，所以又叫做驱动门电路。
5，TTL和COMS电路比较：1）TTL电路是电流控制器件，而coms电路是电压控制器件。
2）TTL电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)，但是功耗大。
COMS电路的速度慢，传输延迟时间长(25-50n s),但功耗低。
COMS电路本身的功耗与输入信号的脉冲频率有关，频率越高，芯片集越热，这是正常现象。
3）COMS电路的锁定效应：COMS电路由于输入太大的电流，内部的电流急剧增大，除非切断电源，电流一直在增大。
这种效应就是锁定效应。
当产生锁定效应时，COMS的内部电流能达到40mA以上，很容易烧毁芯片。
防御措施：1）在输入端和输出端加钳位电路，使输入和输出不超过不超过规定电压。
2）芯片的电源输入端加去耦电路，防止VDD端出现瞬间的高压。
3）在VDD和外电源之间加线流电阻，即使有大的电流也不让它进去。
4）当系统由几个电源分别供电时，开关要按下列顺序：开启时，先开启COMS电路得电源，再开启输入信号和负载的电源；关闭时，先关闭输入信号和负载的电源，再关闭COMS电路的电源。
6，COMS电路的使用注意事项1）COMS电路时电压控制器件，它的输入总抗很大，对干扰信号的捕捉能力很强。
3v电平和3.3v电平转换
3v电平和3.3v电平转换
电平转换是指将一种电平标准下的信号转换为另一种电平标准的过程。
在数字电路中，不同的电平标准有不同的电压范围，例如3V电平和3.3V电平就是两种不同的电平标准。
3V电平和3.3V电平的区别：
3V电平通常指的是一种低电平标准，其逻辑0的电压范围为0-3.3V，逻辑1的电压范围为3.3-5V。
3.3V电平则是一种高电平标准，其逻辑0的电压范围为0-0.4V，逻辑1的电压范围为0.4-3.8V。
转换方法：
使用专门的电平转换器：市面上有很多专门的电平转换器可以将一种电平标准转换为另一种电平标准。
这些转换器通常具有输入和输出端口，可以按照需要选择合适的转换器。
使用三极管电路：通过三极管电路也可以实现3V电平和3.3V电平之间的转换。
具体来说，可以利用三极管的开关作用来控制输出电压的高低，从而实现电平的转换。
使用MOS管电路：MOS管电路也可以用于实现3V电平和3.3V电平之间的转换。
与三极管电路不同的是，MOS管电路具有更低的导通电阻和更高的开关速度，因此更适合高速信号的传输。
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详解电平种类与电平转换
1. 常用的电平转换方案
(1) 晶体管+上拉电阻法
就是一个双极型三极管或 MOSFET，C/D极接一个上拉电阻到正电源，输入电平很灵活，输出电平大致就是正电源电平。
(2) OC/OD 器件+上拉电阻法
跟 1) 类似。
适用于器件输出刚好为 OC/OD 的场合。
(3) 74xHCT系列芯片升压(3.3V→5V)
凡是输入与 5V TTL 电平兼容的 5V CMOS 器件都可以用作3.3V→5V电平转换。
——这是由于 3.3V CMOS 的电平刚好和5V TTL电平兼容（巧合），而 CMOS 的输出电平总是接近电源电平的。
廉价的选择如 74xHCT(HCT/AHCT/VHCT/AHCT1G/VHCT1G/...) 系列 (那个字母 T 就表
示 TTL 兼容)。
(4) 超限输入降压法(5V→3.3V,3.3V→1.8V, ...)
凡是允许输入电平超过电源的逻辑器件，都可以用作降低电平。
这里的"超限"是指超过电源，许多较古老的器件都不允许输入电压超过电源，但越来越多的新器件取消了这个限制 (改变了输入级保护电路)。
例如，74AHC/VHC 系列芯片，其 datasheets 明确注明"输入电压范围为0~5.5V"，如果采
用 3.3V 供电，就可以实现5V→3.3V电平转换。
(5) 专用电平转换芯片
最著名的就是 164245，不仅可以用作升压/降压，而且允许两边电源不同步。
这是最通用的电平转换方案，但是也是很昂贵的 (俺前不久买还是￥45/片，虽是零售，也贵的吓人)，因此若非必要，最好用前两个方案。
(6) 电阻分压法
最简单的降低电平的方法。
5V电平，经1.6k+3.3k电阻分压，就是3.3V。
(7) 限流电阻法
如果嫌上面的两个电阻太多，有时还可以只串联一个限流电阻。
某些芯片虽然原则上不允许输入电平超过电源，但只要串联一个限流电阻，保证输入保护电流不超过极限(如 74HC 系列为 20mA)，仍然是安全的。
(8) 无为而无不为法
只要掌握了电平兼容的规律。
某些场合，根本就不需要特别的转换。
例如，电路中用到了某种 5V 逻辑器件，其输入是 3.3V 电平，只要在选择器件时选择输入为 TTL 兼容的，就不需要任何转换，这相当于隐含适用了方法3)。
(9) 比较器法
算是凑数，有人提出用这个而已，还有什么运放法就太恶搞了。
2. 电平转换的"五要素"
(1) 电平兼容
解决电平转换问题，最根本的就是要解决逻辑器件接口的电平兼容问题。
而电平兼容原则就两条：
VOH > VIH
VOL < VIL
再简单不过了！当然，考虑抗干扰能力，还必须有一定的噪声容限：
|VOH-VIH| > VN+
|VOL-VIL| > VN-
其中，VN+和VN-表示正负噪声容限。
只要掌握这个原则，熟悉各类器件的输入输出特性，可以很自然地找到合理方案，如前面的方案(3)(4)都是正确利用器件输入特性的例子。
(2) 电源次序
多电源系统必须注意的问题。
某些器件不允许输入电平超过电源，如果没有电源时就加上输入，很可能损坏芯片。
这种场合性能最好的办法可能就是方案(5)——164245。
如果速度允许，方案(1)(7)也可以考虑。
(3) 速度/频率
某些转换方式影响工作速度，所以必须注意。
像方案(1)(2)(6)(7)，由于电阻的存在，通过电阻给负载电容充电，必然会影响信号跳沿速度。
为了提高速度，就必须减小电阻，这又会造成功耗上升。
这种场合方案(3)(4)是比较理想的。
(4) 输出驱动能力
如果需要一定的电流驱动能力，方案(1)(2)(6)(7)就都成问题了。
这一条跟上一条其实是一致的，因为速度问题的关键就是对负载电容的充电能力。
(5) 路数
某些方案元器件较多，或者布线不方便，路数多了就成问题了。
例如总线地址和数据的转换，显然应该用方案(3)(4)，采用总线缓冲器芯片(245,541,16245...)，或者用方案(5)。
(6) 成本&供货
前面说的164245就存在这个问题。
"五要素"冒出第6个，因为这是非技术因素，而且太根本了，以至于可以忽略。
RS232的电平是多少呢？
RS232电平发送器为+5V～+15V为逻辑负，-5V～-15V为逻辑正
接收器典型的工作电平在+3～+12V与-3～-12V。
由于发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约15米，最高速率为20kb/s。
RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其驱动器负载为3～7kΩ。
所以RS-232适合本地设备之间的通信。
RS485的电平是多少呢？
发送驱动器A、B之间的正电平在+2～+6V，是一个逻辑状态1，负电平在-2～-6V，是另一个逻辑状态0。
（具体数值可能有误，回头测试一下！）
当在收端AB之间有大于+200mV的电平时，输出正逻辑电平，小于-200mV时，输出负逻辑电平。
接收器接收平衡线上的电平范围通常在200mV至6V之间。
TTL电平是多少呢？
TTL电平为2.0V～5V为逻辑正，0～0.8V为逻辑负
CMOS电路的电平是多少？
CMOS电平：
输出逻辑1电平电压接近于电源电压，逻辑电平0接近于0V。
而且具有很宽的噪声容限。
输入逻辑1电平电压大于电源电压的1/2 VCC～VCC；
输入逻辑0电平电压小于电源电压的1/2 VCC～gnd；
高电平低电平是什么意思
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。
?RS-422/485和RS-232是串口的接口标准，RS-422/485是差分输入输出，RS-232是单端输入输出。
LVTTL电平的输入输出是多少呢？
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；
LVTTL电平的输入输出是多少呢？
74LSXX电路的工作电压范围是多少？
4.75V~
5.25V。