快点PCB原创∣详解信号逻辑电平标准

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快点PCB大神水一般的男子（行业沉淀20余年，前华为研发部技术高管）在之前已经分享了SI问题之反射、过冲、下冲、振铃、串扰、损耗等干货。

而做SI仿真分析呢，首先需要了解SI问题的基础理论，掌握SI反射、串扰、损耗的成因，然后对于仿真波形需要掌握判断标准，这就需要知晓信号逻辑电平标准的知识了。


      信号的逻辑电平经历了从单端信号到差分信号、从低速信号到高速信号的发展过程。最基本的单端信号逻辑电平为CMOS、TTL，在此基础上随着电压摆幅的降低，出现LVCMOS、LVTTL等逻辑电平，随着信号速率的提升又出现ECL、PECL、LVPECL、LVDS、CML等差分信号逻辑电平。

1.信号逻辑电平参数概念定义

逻辑电平是指数字信号电压的高、低电平，相关参数定义如下：
（1）输入高电平门限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）输入低电平门限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）输出高电平门限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）输出低电平门限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）阈值电平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。它是一个介于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。

Tips:阈值电平只是用来表征数字电路芯片的特性，实际硬件电路设计过程中具有实际意义的是Vih和Vil。

对于一般的逻辑电平，Vih、Vil、Voh、Vol以及Vt的关系为：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）。

2.  常见信号逻辑电平参数

常用的逻辑电平有：TTL、CMOS、ECL、PECL、LVDS、LVPECL、RS232、RS422、RS485、CML、SSTL、HSTL等。
（1）TTL和CMOS的逻辑电平按典型电压可分为四类：5V系列、3.3V系列、2.5V系列和1.8V系列，3.3V的TTL电平和CMOS电平通常称为LVTTL和LVCMOS；
（2）RS232/RS422/RS485是串口(UART)的电平标准，RS232是单端输入输出，RS422和RS485是差分输入输出；
（3）ECL、PECL、LVPECL、LVDS、CML是差分输入输出电平；
（4）SSTL主要用于DDR存储器，HSTL主要用于QDR存储器；

电平通常标准参数如下表所示，具体芯片建议参考Datasheet。


由上表可见，常用的差分信号电平标准LVPECL、LVDS、CML的输入和输出端具有相同的门限参数。这是由产生差分信号的硬件结构决定的，下一期将进行详细说明。