TTL电路和CMOS电路(2)_专业集成电路测试网-芯片测试技术-ic test

逻辑电平是数字电路中用来表示二进制逻辑状态（“1”和“0”）的电压或电流水平。它是数字电路设计和通信的基础，不同的逻辑电平标准对应着不同的电压范围和特性。

1. 逻辑电平的应用

· 数字电路设计
：在设计数字电路时，需要根据所使用的逻辑器件选择合适的逻辑电平标准。例如，在设计一个基于FPGA的数字系统时，通常会选择LVCMOS电平，因为FPGA内部大多采用CMOS工艺，LVCMOS电平与FPGA的输入输出接口兼容性好。

· 接口通信
：在不同设备之间进行通信时，逻辑电平的匹配至关重要。例如，当一个3.3V的微控制器与一个5V的传感器通信时，需要进行电平转换，以确保信号的正确传输。可以使用专门的电平转换器芯片，如TXB0104等，来实现不同电平之间的转换。

· 信号完整性
：在高速数字电路中，逻辑电平的稳定性和完整性对系统的性能影响很大。需要考虑信号线的布线、电源的稳定性、去耦电容的配置等因素，以减少信号的反射、串扰和噪声干扰，保证逻辑电平的准确性和可靠性。

2. 逻辑电平的基本概念

· 高电平（VH）：代表逻辑“1”，在一定的电压范围内，该电压值高于某个特定的阈值。
· 低电平（VL）：代表逻辑“0”，在一定的电压范围内，该电压值低于某个特定的阈值。
· 阈值电压（Vth）：是区分高电平和低电平的临界电压值。当输入电压高于此值时，被认为是高电平；低于此值时，被认为是低电平。

3. 常见的逻辑电平标准

1. TTL（Transistor-Transistor Logic）
· 高电平：通常在2V至5V之间，一般认为大于2.7V为高电平。
· 低电平：通常在0V至0.8V之间，一般认为小于0.4V为低电平。
· 特点：TTL逻辑电路具有较快的开关速度和较强的驱动能力，但功耗相对较大。它在早期的数字系统中应用广泛，如工业控制、计算机系统等。

2. CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）
· 高电平：通常大于0.7倍的Vcc（电源电压），例如在5V CMOS电路中，高电平一般大于3.5V。
· 低电平：通常小于0.3倍的Vcc，例如在5V CMOS电路中，低电平一般小于1.5V。
· 特点：CMOS逻辑电路具有低功耗、高抗干扰能力和较宽的工作电压范围。它在现代数字电路中占据主导地位，如微处理器、存储器、FPGA等。

3. LVTTL（Low Voltage TTL）
· 高电平：通常在2V至3.3V之间，一般认为大于2V为高电平。
· 低电平：通常在0V至0.8V之间，一般认为小于0.4V为低电平。
· 特点：LVTTL是TTL逻辑电平的低电压版本，适用于低功耗和高速应用，如一些高速接口电路。

4. LVCMOS（Low Voltage CMOS）
· 高电平：通常大于0.7倍的Vcc，例如在3.3V LVCMOS电路中，高电平一般大于2.31V。
· 低电平：通常小于0.3倍的Vcc，例如在3.3V LVCMOS电路中，低电平一般小于1V。
· 特点：LVCMOS是CMOS逻辑电平的低电压版本，具有低功耗和较好的兼容性，广泛应用于现代数字系统中，如手机、平板电脑等便携设备。

5.其它
· ECL（Emitter-Coupled Logic）：是一种高速逻辑电平标准，其特点是具有极快的开关速度，但功耗较大。ECL电平的高电平和低电平通常为负电压，如-0.8V和-1.8V等，常用于高速通信和数据处理领域。
· LVDS（Low Voltage Differential Signaling）：是一种差分信号传输标准，通过一对差分线传输信号，具有高抗干扰能力和高数据传输率。LVDS的共模电压通常为1.2V左右，差分电压摆幅较小，一般在350mV左右。
· CML（Current-Mode Logic）：也是一种差分信号传输标准，通过电流模式传输信号，具有高速度和低功耗的特点。CML的信号电平通常在1.8V左右，适用于高速串行接口等应用。

4. 逻辑电平VOH/IOH的测试

1. 确保逻辑电平的正确识别：VOH参数确保当器件输出逻辑1时，输出管脚上的电压不会低于最小值，这样下游电路能够正确识别逻辑高电平。如果VOH参数不满足要求，可能导致信号电平过低，从而被误识别为逻辑0，影响电路的正常工作。

2. 驱动能力：IOH参数反映了器件在输出逻辑1时能够提供的负载电流，即拉电流能力。在电路设计中，这确保了器件能够驱动一定数量的负载，如后续的逻辑门或触发器。如果IOH参数不足，可能导致信号在传输过程中衰减，影响信号的完整性和可靠性

1. 静态测试方法：

o 将器件的所有输出管脚预置到输出逻辑1状态。
o 测试机的PMU（Parameter Measurement Unit）单元通过内部继电器的切换连接到待测的输出管脚。
o 接着驱动（拉出）IOH电流，测量此时管脚上的电压值并与定义的VOH比较。
o 如果测量值低于VOH，则判为不合格。

2. 动态测试方法：

o 在功能测试中提供VREF（参考电压），形成动态负载电流再测电压。
o 运行功能测试期间，输出端需要灌入或拉出适当的IOL/IOH电流，输出比较电路则确定输出端是否仍能保持相应的VOL/VOH电平。

5. 逻辑电平VOL/IOL的测试

1. 确保逻辑电平的正确识别：VOL参数确保当器件输出逻辑0时，输出管脚上的电压不会高于最大值，这样下游电路能够正确识别逻辑低电平。如果VOL参数不满足要求，可能导致信号电平过高，从而被误识别为逻辑1，影响电路的正常工作。

2. 驱动能力：IOL参数反映了器件在输出逻辑0时能够提供的负载电流，即灌电流能力。在电路设计中，这确保了器件能够驱动一定数量的负载，如后续的逻辑门或触发器。如果IOL参数不足，可能导致信号在传输过程中衰减，影响信号的完整性和可靠性

测试方法与VOH/IOH一致，这里不再介绍。

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