選擇東芝電平轉換器的技巧 Part.1

認識電平轉換器

1、為什麼需要電平轉換器

現今電子系統變得越來越快、越來越通用，同時功耗越來越低，為了滿足這一趨勢的需求，半導體工廠一直在縮小製造工藝，尤其是電子系統核心的 LSI 晶片；隨著製程的縮小，逐漸走向低壓元件佈局，部分原因是小尺寸製程的耐壓較低（由於內部電場的影響），部分原因是市場對降低功耗的需求，相比之下，外圍 IC 仍以 5 V 或 3.3 V 運行，以保持與外部系統介面標準的兼容性。

因此，核心和外圍 IC 可能在不同的電壓下運作，為了在兩個電壓域之間進行連接，需要將驅動器的輸出電壓電平轉換為與接收器的輸入規範相容的電平，扮演這個角色的裝置是電平轉換器（也被一些製造商稱為電壓轉換器或電壓轉換 IC）。選擇滿足系統規格（例如電壓轉換電平、傳遞延遲時間和封裝要求）的電平轉換器需要相當多的技能。

東芝 (TOSHIBA) 半導體在這方面擁有齊全的產品對應，除了提供詳盡的使用手冊，並給予完整的技術支援，後面內容將以自家產品來做舉例介紹。

2、電平轉換器 (電壓轉換IC) 大致分為以下兩種

(1) 專用電平轉換器IC

．電平轉換器（緩衝器型）

單電源 / 單向：74LV4T125FT、74LV4T126FT、7UL1T34FU

雙電源 / 雙向：TC7MP3125FT、TC7MPN3125FT

．雙電源電平轉換匯流排開關

雙電源 / 雙向：TC7xPB9306/7 Series

(2) 具有以下電平轉換功能之一的 CMOS 和單閘極邏輯 (L-MOS*) IC：

*：單閘極邏輯IC以下簡稱L-MOS IC。

．TTL電平輸入

．輸入容錯功能

．開路汲極輸出

2.1 TTL電平輸入

電晶體 - 電晶體邏輯 (TTL) 由工作電壓為 5 V 的雙極電晶體構成。雖然目前最常用的是 CMOS 邏輯 IC，但 74LS 和 74ALS 系列等 TTL 邏輯仍在使用。 TTL 輸入電平有一個行業標準，以確保訊號可以在使用 5V 電源運行的邏輯系統中正確地從一個設備傳遞到另一個設備。以字母「T」結尾的 TC74HCT、TC74ACT 和 TC74VHCT 系列具有 5V TTL 電平輸入。

基本 TTL 系列的變體包括與由 CMOS 裝置組成的 3V 電源相容的低電壓 TTL (LVTTL)。 LVTTL 由 JEITA ED-5001A 標準化，具有與 TTL 相同的閾值電壓。 74LCX 和 74VCX 系列符合 LVTTL 要求。

通常典型 CMOS 邏輯的輸入閾值設計為 1/2 x VCC，且數據表上的標準為 VIH (0.7 x VCC) / VIL (0.3 x VCC)。因此，在 5V 的情況下 CMOS 邏輯，為 VIH（3.5V）/ VIL（1.5V）。 5V TTL 邏輯的輸出電壓標準化為 VOH（2.4V）/ VOL（0.4V）。當 5V TTL 邏輯 IC 的輸出連接到 5V CMOS邏輯IC，CMOS邏輯IC無法辨識 5V TTL 邏輯 IC 的 VOH 電平（2.4V）為高電位（因為 VOH < VIH）。

相反，當 VCC = 5 V 時，具有 TTL 電平輸入的 CMOS 邏輯 IC 的最小 VIH 為 2.0V，最大 VIL 為 0.8 V，低於典型 CMOS 邏輯 IC 的輸入閾值。

因此，CMOS 邏輯 IC 可以將 5V TTL 邏輯 IC 的 VOH 電平識別為高電位，因為 VOH > VIH。