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
　　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。
( o2 N2 Z3 y; E" L3 P% @& s" V8 h　　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。

* o" E, u0 S! K) U. E% ^　　另外，CMOS同时可指互补式金氧半元件及制程。
! n" w5 {0 ?5 M$ B- |- d　　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：
, @/ A& ~# U$ Q, U& \　　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。
　　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。
- ^" ]' c9 V+ I4 h1 Z. y/ F/ @　　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。
: Q( Q" `( e' ]2 z5 \8 b　　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。

　　cmos电平转换电路
7 D& `! j( X$ |8 u4 J) h　　1、 TTL电路和CMOS电路的逻辑电平
# \* O  Y: y2 [, Z8 G2 F　　VOH： 逻辑电平 1 的输出电压
　　VOL： 逻辑电平 0 的输出电压
　　VIH ： 逻辑电平 1 的输入电压
　　VIH ： 逻辑电平 0 的输入电压
) J' l) H( s' P　　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。
2 v! W3 z3 U5 r8 y/ h　　3、用逻辑芯片特点
( ~6 W; W2 ^, [- ?6 N! P　　74LS系列： TTL 输入： TTL； 输出：TTL
　　74HC系列：CMOS输入： CMOS； 输出：CMOS
' l4 t0 g  s; c% T: W3 z2 m) L* H　　74HCT系列： CMOS 输入：TTL； 输出： CMOS
7 X$ V/ I* S" z# F　　CD4000系列： CMOS 输入： CMOS　输出： CMOS。
- m  h( m" Z. z9 B　　常用的几种电平转换方案
　　（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。
) f! C* @9 ]& Z5 u( c% X　　（2） OC/OD 器件+上拉电阻法
2 R1 |; ~# @; k' m　　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。
) r0 o' b7 G) R8 p+ @$ m; l; ~　　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。
- b: A/ A* z2 ]3 _& L6 O8 G　　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）。
( Y6 @7 \! K# k  O3 q0 J　　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。

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