一、噪聲容限

基本描述

噪聲容限（英語：Noise Margin）是指在前一極輸出為最壞的情況下，為保證後一極正常工作，所允許的最大噪聲幅度。在數位電路中，一般常以“1”態下（上）限噪聲容限和“0”態上（下）限噪聲容限中的最小值來表示電路（或元件）的噪聲容限。噪聲容限越大說明容許的噪聲越大，電路的抗干擾性越好。

高電平噪聲容限 = 最小輸出高電平電壓-最小輸入高電平電壓

低電平噪聲容限 = 最大輸入低電平電壓-最大輸出低電平電壓

噪聲容限      = min{ 高電平噪聲容限，低電平噪聲容限 }

舉例

一條數位電路中的電壓也許被設計在0.0和1.2v之間變化，任何在0.5v以下的電壓被認為是邏輯‘0’

TTL 電路額定高電平和低電平分別是2.4v和0.4v，最小可識別電平（即臨界可識別電平）是2v和0.8v。即系統本身高電平識別是2.4v，但若一個訊號受噪聲疊加後呈現是2v的電壓，此時也可識別為高電平；低電平額定識別是0.4v，若一個訊號受噪聲疊加後呈現0.8v的電壓時，也可以識別出是低電平。TTL的高低電平的噪聲容限都是0.4v，這說明疊加在訊號電平上的容許的噪聲擺幅/抖動在小於0.4v時，是對邏輯的正確識別沒有影響的，噪聲容限就是容許的疊加在訊號電平上的噪聲幅值裕度，在噪聲容限之內的噪聲訊號是可以容許的，不影響正確識別。噪聲容限是

在通訊系統工程學，噪聲容限是訊號超出極小的可接受的數額的比率。

三種描述數位電路抗噪聲能力的噪聲容限

1)直流噪聲容限

這是一個靜態引數，可以根據器件說明書所給出的4個極限引數，即高電平輸入電壓，低電平輸入電壓，高電平輸出電壓，低電平輸出電壓來求得輸入為低電平和輸入為高電平的直流噪聲容限。公式如下：

數位電路的直流噪聲容限與環境溫度、電源電壓有著很密切的關係。

2）交流噪聲容限

又稱為動態噪聲容限。它與數位電路的反應速度有關，工作速度高的積體電路，其交流噪聲容限小，與直流噪聲容限值相接近。如電路本身反應速度慢，那麼對於窄脈衝的快速干擾電壓就來不及反應，因而其容限值增大。所以交流噪聲容限通常比直流噪聲容限大。按理交流噪聲容限更能科學地反映電路在實際工作條件下的抗干擾能力，但交流噪聲容限測量困難，且與施加的干擾波形有關。所以往往採用直流噪聲容限值來衡量總體抗干擾能力，以求安全性更好。板間傳輸的訊號，採用低速電路，會有更好的抗干擾性能。

3)能量噪聲容限

ENI(EnergyNoiseImmunity)即是在電路保持正常工作狀態下，電路所能承受的噪聲能量，其量綱為納焦耳nJ。單用直流噪聲容限不能全面地反映電路的抗干擾性能。能量噪聲容限這一概念指出：電路受噪聲干擾而發生誤動作，不僅需要有超過電路閾值的噪聲電壓幅值，而且還要具有使電路能產生干擾效應（如誤觸發、翻轉等）的能量。它與器件的閾值電壓、傳輸延遲時間及驅動側器件的輸出阻抗有關。能量噪聲容限定義為：

其中，Vth是電路的閾值電壓，Tpd是電路的傳輸延遲時間，Zo是電路的輸出阻抗。

二、TTL與CMOS電平

TTL電平訊號被利用的最多是因為通常資料表示採用二進位制規定，+5V等價於邏輯“1”，0V等價於邏輯“0”，這被稱做TTL（電晶體-電晶體邏輯電平）訊號系統，這是計算機處理器控制的裝置內部各部分之間通訊的標準技術。

類似的電平還有CMOS電平、232電平、485電平等。

優點

TTL電平訊號對於計算機處理器控制的裝置內部的資料傳輸是很理想的，首先計算機處理器控制的裝置內部的資料傳輸對於電源的要求不高以及熱損耗也較低，另外TTL電平訊號直接與積體電路連線而不需要價格昂貴的線路驅動器以及接收器電路；再者，計算機處理器控制的裝置內部的資料傳輸是在高速下進行的，而TTL介面的操作恰能滿足這個要求。TTL型通訊大多數情況下，是採用並行資料傳輸方式，而並行資料傳輸對於超過10英尺（約30米）的距離就不適合了。這是由於可靠性和成本兩方面的原因。因為在並行介面中存在著偏相和不對稱的問題，這些問題對可靠性均有影響。

數位電路中，由TTL電子元器件組成電路使用的電平。電平是個電壓範圍，規定輸出高電平>2.4V,輸出低電平<0.4V。在室溫下，一般輸出高電平是3.5V，輸出低電平是0.2V。最小輸入高電平和低電平：輸入高電平>=2.0V，輸入低電平<=0.8V，噪聲容限是0.4V。

標準

TTL積體電路的全名是電晶體-電晶體邏輯積體電路（Transistor-Transistor Logic),主要有54(軍用)/74(商用)系列標準TTL、高速型TTL（H-TTL）、低功耗型TTL（L-TTL）、肖特基型TTL（S-TTL）、低功耗肖特基型TTL（LS-TTL）五個系列。

標準TTL輸入高電平最小2V，輸出高電平最小2.4V,典型值3.4V,輸入低電平最大0.8V，輸出低電平最大0.4V，典型值0.2V。

S-TTL輸入高電平最小2V，輸出高電平最小Ⅰ類2.5V，Ⅱ、Ⅲ類2.7V,典型值3.4V,輸入低電平最大0.8V，輸出低電平最大0.5V。

LS-TTL輸入高電平最小2V，輸出高電平最小Ⅰ類2.5V，Ⅱ、Ⅲ類2.7V,典型值3.4V,輸入低電平最大Ⅰ類0.7V，Ⅱ、Ⅲ類0.8V，輸出低電平最大Ⅰ類0.4V，Ⅱ、Ⅲ類0.5V，典型值0.25V。”

常用邏輯晶片特點：

74LS系列：      TTL          輸入:   TTL         輸出:    TTL

74HC系列：    CMOS     輸入:   CMOS 輸出:    CMOS

74HCT系列：  CMOS     輸入:   TTL        輸出:    CMOS

CD4000系列：CMOS     輸入:   CMOS    輸出:    CMOS

詳解TTL與CMOS的差異

與CMOS管：

1. CMOS是場效電晶體構成，TTL為雙極電晶體構成
2.CMOS的邏輯電平範圍比較大（3～15V），TTL只能在5V下工作
3.CMOS的高低電平之間相差比較大、抗干擾性強，TTL則相差小，抗干擾能力差
4.CMOS功耗很小，TTL功耗較大（1～5mA/門）
5.CMOS的工作頻率較TTL略低，但是高速CMOS速度與TTL差不多相當

簡單理解：

TTL電平,TTL的電源工作電壓是5V，所以TTL的電平是根據電源電壓5V來定的。CMOS電平，CMOS的電源工作電壓是3V - 18V，CMOS的電源工作電壓範圍寬，如果你的CMOS的電源工作電壓是12V，那麼這個CMOS的輸入輸出電平電壓要適合12V的輸入輸出要求。即CMOS的電平，要看你用的電源工作電壓是多少，3v - 18V，都在CMOS的電源工作電壓範圍內，具體數值，看你加在CMOS晶片上的電源工作電壓是多少。

TTL和CMOS的邏輯電平轉換：CMOS電平能驅動TTL電平，TTL電平不能驅動CMOS電平，需加上拉電阻。

1、TTL電平：　　輸出高電平>2.4V,輸出低電平<0.4V。在室溫下，一般輸出高電平是3.5V，輸出低電平是0.2V。最小輸入高電平和低電平：輸入高電平>=2.0V，輸入低電平<=0.8V，噪聲容限是0.4V。2、CMOS電平：1邏輯電平電壓接近於電源電壓，0邏輯電平接近於0V。而且具有很寬的噪聲容限。Vcc：5V；VOH>=4.45V；VOL<=0.5V；VIH>=3.5V；VIL<=1.5V。相對TTL有了更大的噪聲容限，輸入阻抗遠大於TTL輸入阻抗。

3、電平轉換電路：　　因為TTL和COMS的高低電平的值不一樣（ttl 5v<==>cmos 3.3v），所以互相連線時需要電平的轉換：就是用兩個電阻對電平分壓，沒有什麼高深的東西。4、OC門與OD門：

OC門，即集電極開路閘電路，OD門，即漏極開路閘電路，必須外接上拉電阻和電源才能將開關電平作為高低電平用。否則它一般只作為開關大電壓和大電流負載，所以又叫做驅動閘電路。5、TTL和CMOS電路比較：

1）TTL電路是電流控制器件，而CMOS電路是電壓控制器件。2）TTL電路的速度快，傳輸延遲時間短(5-10ns)，但是功耗大。CMOS電路的速度慢，傳輸延遲時間長(25-50ns),但功耗低。CMOS電路本身的功耗與輸入訊號的脈衝頻率有關，頻率越高，晶片集越熱，這是正常現象。3）CMOS電路的鎖定效應：CMOS電路由於輸入太大的電流，內部的電流急劇增大，除非切斷電源，電流一直在增大。即鎖定效應。當產生鎖定效應時，CMOS的內部電流能達到40mA以上，很容易燒燬晶片。防禦措施如下：①在輸入端和輸出端加鉗位電路，使輸入和輸出不超過規定電壓。②晶片的電源輸入端加去耦電路，防止VDD端出現瞬間的高壓。③在VDD和外電源之間加限流電阻，即使有大的電流也不讓它進去。④當系統由幾個電源分別供電時，開關要按下列順序：開啟時，先開啟CMOS電路的電源，再開啟輸入訊號和負載的電源；關閉時，先關閉輸入訊號和負載的電源，再關閉CMOS電路的電源。6、CMOS電路的使用注意事項1）CMOS電路是電壓控制器件，它的輸入阻抗很大，對干擾訊號的捕捉能力很強。所以，不用的管腳不要懸空，要接上拉電阻或者下拉電阻，給它一個恆定的電平。2）輸入端接低內阻的訊號源時，要在輸入端和訊號源之間串聯限流電阻，使輸入的電流限制在1mA之內。3）當接長訊號傳輸線時，在CMOS電路端接匹配電阻。4）當輸入端接大電容時，應該在輸入端和電容間接保護電阻。電阻值為R=V0/1mA，V0是外界電容上的電壓。5）CMOS的輸入電流超過1mA，就有可能燒壞CMOS。

6）CMOS使用注意：CMOS結構內部寄生有可控矽結構，當輸入或輸入管腳高於VCC一定值(比如一些晶片是0.7V)時，電流足夠大的話，可能引起閂鎖效應，導致晶片的燒燬。7、TTL閘電路中輸入端負載特性（輸入端帶電阻特殊情況的處理）：1）懸空時相當於輸入端接高電平。因為這時可以看作是輸入端接一個無窮大的電阻。2）在閘電路輸入端串聯10K電阻後再輸入低電平，輸入端呈現的是高電平而不是低電平。因為由TTL閘電路的輸入端負載特性可知，只有在輸入端接的串聯電阻小於910Ω時，它輸入來的低電平訊號才能被閘電路識別出來，串聯電阻再大的話輸入端就一直呈現高電平。這個一定要注意。CMOS閘電路就不用考慮這些了。8、TTL電路有集電極開路OC門，MOS管也有和集電極對應的漏極開路的OD門，它的輸出就叫做開漏輸出。OC門在截止時有漏電流輸出，那就是漏電流，為什麼有漏電流呢？那是因為當三機管截止的時候，它的基極電流約等於0，但是並不是真正的為0，經過三極體的集電極的電流也就不是真正的0，而是約0。而這個就是漏電流。開漏輸出：OC門的輸出就是開漏輸出；OD門的輸出也是開漏輸出。它可以吸收很大的電流，但是不能向外輸出的電流。所以，為了能輸入和輸出電流，它使用的時候要跟電源和上拉電阻一齊用。OD門一般作為輸出緩衝/驅動器、電平轉換器以及滿足吸收大負載電流的需要。9、什麼叫做圖騰柱，它與開漏電路有什麼區別？TTL積體電路中，輸出有接上拉三極體的輸出叫做圖騰柱輸出，沒有的叫做OC門。因為TTL就是一個三級管，圖騰柱也就是兩個三級管推輓相連。所以推輓就是圖騰。一般圖騰式輸出，高電平400UA，低電平8MA

三、EIA電平

EIA電平，規定：“1”的邏輯電平在-3V~-15v之間，“0”的邏輯電平在+3V~+15V之間。EIA即ElectronicIndustries Association 電子工業協會，美國電子行業標準。

舉例

RS-232C標準採用EIA電平，TTL電平訊號被利用的最多是因為通常資料表示採用二進位制規定，+5V等價於邏輯"1"，0V等價於邏輯"0"。由於EIA電平與TTL電平完全不同，必須進行相應的電平轉換， MCl488完成TTL電平到EIA電平的轉換，MCl489完成EIA電平到TTL電平的轉換，還有MAX232晶片可完成TTL←→EIA雙向電平轉換。

MAX3232晶片：

四、RS485電平

RS-485的電氣特性

1、採用差分訊號負邏輯，邏輯"1”以兩線間的電壓差為+(2~6)V表示；邏輯"0"以兩線間的電壓差為-(2~6)V表示。介面訊號電平比RS-232-C降低了，就不易損壞介面電路的晶片，且該電平與TTL電平相容，可方便與TTL電路連線。

2、RS-485的資料最高傳輸速率為10Mbps。

3. RS-485介面是採用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強，即抗噪聲干擾性好。

4. RS-485最大的通訊距離約為1219m，最大傳輸速率為10Mbps，傳輸速率與傳輸距離成反比，在100KbpS的傳輸速率下，才可以達到最大的通訊距離，如果需傳輸更長的距離，需要加485中繼器。RS-485匯流排一般最大支援32個節點，如果使用特製的485晶片，可以達到128個或者256個節點，最大的可以支援到400個節點。

RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實現點對點的通訊方式，現很少採用，現在多采用的是兩線制接線方式，這種接線方式為匯流排式拓撲結構在同一總線上最多可以掛接32個結點。在RS485通訊網路中一般採用的是主從通訊方式，即一個主機帶多個從機。很多情況下，連線RS-485通訊鏈路時只是簡單地用一對雙絞線將各個介面的“A”、“B”端連線起來。而忽略了訊號地的連線，這種連線方法在許多場合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患，這有二個原因：

(1)共模干擾問題： RS-485介面採用差分方式傳輸訊號方式，並不需要相對於某個參照點來檢測訊號，系統只需檢測兩線之間的電位差就可以了。但人們往往忽視了收發器有一定的共模電壓範圍，RS-485收發器共模電壓範圍為-7～+12V，只有滿足上述條件，整個網路才能正常工作。當網路線路中共模電壓超出此範圍時就會影響通訊的穩定可靠，甚至損壞介面。

(2)EMI問題：傳送驅動器輸出訊號中的共模部分需要一個返回通路，如沒有一個低阻的返回通道（訊號地），就會以輻射的形式返回源端，整個匯流排就會像一個巨大的天線向外輻射電磁波。

由於PC機預設的只帶有RS232介面，通過RS232/RS485轉換電路將PC機串列埠RS232訊號轉換成RS485訊號，對於情況比較複雜的工業環境最好是選用防浪湧帶隔離柵的產品。

關於RS485的線纜選擇，在低速、短距離、無干擾的場合可以採用普通的雙絞線，反之，在高速、長線傳輸時，則必須採用阻抗匹配（一般為120Ω）的RS485專用電纜（STP-120Ω（forRS485 & CAN） one pair 18 AWG），而在干擾惡劣的環境下還應採用鎧裝型雙絞遮蔽電纜（ASTP-120Ω（forRS485 & CAN） one pair 18 AWG）。

RS232、RS422、RS485區別

RS232,RS422,RS485是電氣標準，主要區別就是邏輯如何表示。

RS232使用-12V表示邏輯1，12V表示邏輯0，全雙工，最少3條通訊線（RX,TX,GND），因為使用絕對電壓表示邏輯，由於干擾，導線電阻等原因，通訊距離不遠，低速時幾十米也是可以的。

RS422，在RS232後推出，使用TTL差動電平表示邏輯，就是兩根的電壓差表示邏輯，RS422定義為全雙工的，所以最少要4根通訊線（一般額外地多一根地線），一個驅動器可以驅動最多10個接收器（即接收器為1/10單位負載），通訊距離與通訊速率有關係，一般距離短時可以使用高速率進行通訊，速率低時可以進行較遠距離通訊，一般可達數百上千米。

RS485，在RS422後推出，絕大部分繼承了422，主要的差別是RS485可以是半雙工的，而且一個驅動器的驅動能力至少可以驅動32個接收器（即接收器為1/32單位負載），當使用阻抗更高的接收器時可以驅動更多的接收器。所以現在大多數全雙工485驅動/接收器對都是標有RS422/485的，因為全雙工RS485的驅動/接收器對一定可以用在RS422網路。