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。
　　CMOS缩写辨析
: w* K0 b# e/ P( q: }7 j4 o" J- _　　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。
　　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。

) ?8 O2 K% w" K" e7 H: Q　　另外，CMOS同时可指互补式金氧半元件及制程。
/ Z/ f" I8 W" O. v5 r- v* C3 l　　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：
; h+ B7 A! b1 v) e9 r( D　　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。
6 g) _: d% E0 y9 a　　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)。
. e5 \' ]2 g$ L# a& p0 S' J) F/ s　　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。

' u) Q& J9 o1 _: z# d- W4 |　　cmos电平转换电路
8 L# p  e, F5 T2 m0 C3 F6 r　　1、 TTL电路和CMOS电路的逻辑电平
9 d" d4 a  t* Q) n6 ], f/ o　　VOH： 逻辑电平 1 的输出电压
　　VOL： 逻辑电平 0 的输出电压
9 o8 I$ y8 `9 O% N9 ]8 H" \$ r　　VIH ： 逻辑电平 1 的输入电压
0 ?& c+ L  W; W5 D/ m　　VIH ： 逻辑电平 0 的输入电压
& w/ L& r: \6 }- o　　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。
　　3、用逻辑芯片特点
　　74LS系列： TTL 输入： TTL； 输出：TTL
2 F5 A/ o8 g7 u# c; _# ?7 Q　　74HC系列：CMOS输入： CMOS； 输出：CMOS
" k, \- N$ G) M( ]　　74HCT系列： CMOS 输入：TTL； 输出： CMOS
　　CD4000系列： CMOS 输入： CMOS　输出： CMOS。
  ?* K) h% x: g( L. c5 t　　常用的几种电平转换方案
　　（1） 晶体管+上拉电阻法
: D# M2 y0 g. H: M1 c& c　　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）
- K6 \$ {, X) f. M3 G) V5 Z- |　　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。
9 {* K8 F* x0 f3 j1 `　　——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。
3 \5 Y8 |+ z0 [- H　　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 V5 e: g+ l' s1 \% K  a, e　　（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。
: x* X/ _& |5 s+ |) C5 s　　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）。
# \5 I, }) k5 ~7 b6 x7 S$ y　　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。
1 v5 C$ w& w' C. m9 H7 l　　（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。
$ N2 [$ b) `8 z9 A. Q　　（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。

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