CMOS转换电路是如何实现电平的转换的

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CMOS集成电路是互补对称金属氧化物半导体(Compiementary symmetry metal oxide semicoductor)集成电路的英文缩写，电路的许多基本逻辑单元都是用增强型PMOS晶体管和增强型NMOS管按照互补对称形式连接的，静态功耗很小。
* Q) ]( m5 v4 s) S8 t- M  P　　CMOS缩写辨析
　　在计算机领域，CMOS常指保存计算机基本启动信息（如日期、时间、启动设置等）的芯片。有时人们会把CMOS和BIOS混称，其实CMOS是主板上的一块可读写的并行或串行FLASH芯片，是用来保存BIOS的硬件配置和用户对某些参数的设定。
9 b) I: W$ e" p4 }& K, s　　在今日，CMOS制造工艺也被应用于制作数码影像器材的感光元件，尤其是片幅规格较大的单反数码相机。

　　另外，CMOS同时可指互补式金氧半元件及制程。
　　因此时至今日，虽然因为工艺原因，都叫做CMOS，但是CMOS在三个应用领域，呈现出迥然不同的外观特征：
　　一是用于计算机信息保存，CMOS作为可擦写芯片使用，在这个领域，用户通常不会关心CMOS的硬件问题，而只关心写在CMOS上的信息，也就是BIOS的设置问题，其中提到最多的就是系统故障时拿掉主板上的电池，进行CMOS放电操作，从而还原BIOS设置。
) V9 t+ s6 Y2 C5 e# e8 c　　二是在数字影像领域，CMOS作为一种低成本的感光元件技术被发展出来，市面上常见的数码产品，其感光元件主要就是CCD或者CMOS，尤其是低端摄像头产品，而通常高端摄像头都是CCD感光元件。
　　三是在更加专业的集成电路设计与制造领域。
　　CMOS电路的供电电压VDD范围比较广在+5~+15V均能正常工作，电压波动允许±10，当输出电压高于VDD-0.5V时为逻辑 1，输出电压低于VSS+0.5V(VSS为数字地)为逻辑 0。CMOS电路输出高电平约为 0.9Vcc，而输出低电平约为 0.1Vcc.当输入电压高于VDD-1.5V时为逻辑 1，输入电压低于VSS+1.5V(VSS为数字地)为逻辑 0。
　　TTL电平信号被利用的最多是因为通常数据表示采用二进制规定，+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”，这被称做TTL(晶体管-晶体管逻辑电平)信号系统，这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。
　　标准TTL输入高电平最小2V，输出高电平最小2.4V，典型值3.4V，输入低电平最大 0.8V，输出低电平最大 0.4V，典型值 0.2V(输入 H》2V，输入 L《0.8V;输出H 》2.4V(3.4V)，输出L《0.4V(0.2V)。
　　CMOS电平是数字信号还是模拟信号?
　　CMOS电平是数字信号，COMS电路的供电电压VDD范围比较广在+5--+15V均能正常工作，电压波动允许±10，当输出电压高于VDD-0.5V时为逻辑1，输出电压低于VSS+0.5V(VSS为数字地)为逻辑0， 一般数字信号才是0和1 。需要PCB设计的同学用到线路板打样的话，可以找博主了解。

) w: l6 f1 L! A8 p# `: E　　cmos电平转换电路
1 x% A! [4 w; W/ L　　1、 TTL电路和CMOS电路的逻辑电平
4 E/ `# T6 i1 k- F$ _1 i; _　　VOH： 逻辑电平 1 的输出电压
　　VOL： 逻辑电平 0 的输出电压
6 ~- k: n; T) `( l/ H( ]- g% m) g　　VIH ： 逻辑电平 1 的输入电压
　　VIH ： 逻辑电平 0 的输入电压
　　TTL电路临界值：
　　VOHmin = 2.4V VOLmax = 0.4V VIHmin = 2.0V VILmax = 0.8VCMOS电路临界值（电源电压为＋5V）VOHmin = 4.99V VOLmax = 0.01V VIHmin = 3.5V VILmax = 1.5V2、TTL和CMOS的逻辑电平转换CMOS电平能驱动TTL电平TTL电平不能驱动CMOS电平，需加上拉电阻。
6 b" x; X: w! V. s5 f0 j　　3、用逻辑芯片特点
7 Y% s6 N( {" H5 A　　74LS系列： TTL 输入： TTL； 输出：TTL
& l/ n: S; R  F; ?9 O* X4 A. k4 ]　　74HC系列：CMOS输入： CMOS； 输出：CMOS
0 c$ `1 P% s9 m/ {, E" S　　74HCT系列： CMOS 输入：TTL； 输出： CMOS
　　CD4000系列： CMOS 输入： CMOS　输出： CMOS。
　　常用的几种电平转换方案
& F( V6 w5 M0 y& K　　（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
8 i( Q( s5 v+ n, R　　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。
  s" T$ `- K4 \' m! ]; @; ?　　（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。
/ X- @8 [3 E& T+ |- F& N" ~% `　　（6） 电阻分压法
: _9 E: V; J4 k$ X+ d1 M' b: e　　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。
+ k2 o3 o/ p+ P6 z0 A　　（7） 限流电阻法
' W* S* H* c: ?$ C# u* o* `　　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。

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