嵌入式硬件设计：逻辑器件的选择

一、逻辑电平

逻辑电平是指一种可以产生信号的状态，通常由信号与地线之间的电位差来体现。逻辑电平的浮动范围由逻辑家族中不同器件的特性所决定。

1、地线

地线是在电系统或电子设备中，接大地、接外壳或接参考电位为零的导线。一般电器上，地线接在外壳上，以防电器因内部绝缘破坏外壳带电而引起的触电事故。地线是接地装置的简称。

2、电势差（电压）

电势差，是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。此概念与水位高低所造成的“水压”相似。
需要指出的是，“电压”一词一般只用于电路当中，“电动势”和“电位差”则普遍应用于一切电现象当中。
电压的国际单位是伏特（V）。1伏特等于对每1库仑的电荷做了1焦耳的功，即

3、常用的逻辑电平

单端：TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、GTL、BTL、ETL、GTLP、SSTL2-I、SSTL2-II、SSTL3-I、SSTL3-II、HSTL-I、HSTL-II、HSTL-III、HSTL-IV、HSUL_12、POD12、POD10等

差分：ECL、PECL、LVPECL、LVDS、BLVDS、LP-LVDS、CML、DIFF_HSTL、DIFF_SSTL、DIFF_HSUL、TMDS、PPDS、RSDS等。

4、通用逻辑电平

5vTTL逻辑电平和5vCMOS逻辑电平

5、相关术语

(1).输入高电平（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（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（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（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。它是一个界于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

对于一般的逻辑电平，Vih，Vil，Voh,Vol以及Vt的关系可表示如下：
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）。

6、常见的逻辑电平标准

RS232：ANSI/TIA/EIA-232-F-1997
RS422：ANSI/TIA/EIA-422-B
RS485：ANSI/TIA/EIA-485-A
LVTTL/LVCMOS：JESD8-5，JESD8-B
SSTL：JESD8-8，JESD8-9B，JESD8-15
HSTL：JESD8-6
POD12：JESD8-24
LVDS：ANSI/TIA/EIA 644
SCI-LVDS：IEEE 1596.3
MLVDS：ANSI/TIA/EIA 899-2001

7、电平通常标准参数
（具体芯片建议参考Datasheet）

8、逻辑电平的转换
这块内容我也不太懂，就不献丑了哈，总之挺关键的

二、逻辑器件的分类

常见的有“与”门、“或”门、“非”门、“与非”门及“或非”门等。 利用这些门可以组成电子计算机所需的各种逻辑功能电路。
最常用的就是74~逻辑器件
1、与门：利用内部结构，使输入两个高电平（1），输出高电平（1），不满足有两个高电平（1）则输出低电平（0）。
2、或门：利用内部结构，使输入至少一个输入高电平（1），输出高电平（1），不满足有两个低电（0）输出高电平（1）
3、非门：利用内部结构，使输入的电平变成相反的电平，高电平（1）变低电平（0），低电平（0）变高电平（1）。

4、与非门：利用内部结构，使输入至多一个输入高电平（1），输出高电平（1），不满足有两个高电平（1）输出高电平（1）。

5、或非门：利用内部结构，使输入两个输入低电平（0），输出高电平（1），不满足有至少一个高电平（1）输出高电平（1）。

6、异或门：当输入端同时处于低电平（0）或高电平（1）时，输出端输出低电平（0），当输入端一个为高电平（1），另一个为低电平时（0），输出端输出高电平（1）。

7、同或门：当输入端同时输入低电平（0）或高电平（1）时，输出端输出高电平（1），当输入端一个为高电平（1），另一个为低电平时（0），输出端输出低电平（0）。

逻辑电路按其工作性质可分为组合电路和时序电路两大类：

组合逻辑电路

任何时刻输出信号的逻辑状态仅取决于该时刻输入信号的逻辑状态，而与输入信号和输出信号过去状态无关的逻辑电路。由于组合逻辑电路的输出逻辑状态与电路的历史情况无关，所以它的电路中不包含记忆性电路或器件。门电路是组合逻辑电路的基本单元。当前组合逻辑电路都已制成标准化、系列化的中、大规模集成电路可供选用。

时序逻辑电路

任何时刻的输出状态不仅与该时刻的输入有关，而且还与电路历史状态有关的一种数字逻辑电路。时序逻辑电路具有记忆输入信息的功能，由于它的引入使得数字系统的应用大大增强。常用的有计数器、寄存器和脉冲顺序分配器等。

也可以按照原件对逻辑电路进行分类，例如：电阻-晶体管逻辑电路、二极管-晶体管逻辑电路、发射极功能逻辑电路、发射极耦合逻辑电路、高阈值逻辑电路、集成注入逻辑电路、晶体管-晶体管逻辑电路。

三、逻辑器件的参数选择参考

(1)电源及地的引脚较近和/或多个电源及地线引脚。

(2)输出电压波动性——————小

(3)可控开关速率

(4)与传输线匹配的I/0电路

(5)差动信号传输

(6)地线反射——————较低

(7)对ESD及其他干扰现象具各抗扰性

(8)输入电容——————小

(9)输出级驱动能力不超过最大实际应用的需求

(10)电源瞬态电流——————低
注意事项
1、根据需要选型，不建议盲目地选择性能最好的器件。以驱动能力为例，设计中盲目选择驱动能力最强的器件，一方面可能造成辐射增大，产生EMI（电磁干扰）问题，另一方面也可能导致输出信号过冲太大，超出接收器件输入电平的范围；
2、时序设计中不能依赖逻辑器件的延时。逻辑器件都具有片内传输延时，但是该参数的器件间差异性较大，不能在设计中被利用；
3、使用具有总线保持功能的器件时，外部上、下拉不能太弱（即电阻阻值不能太大）；
4、未用的输入端口电平为CMOS时，需要做上、下拉处理；
5、电源上电速率、输入信号边沿速率应满足器件资料中对应参数的要求；
6、在热插拔接口器件的应用中，为防止冲击，输出端一般应串联50Ω的电阻，输入端一般应串联100~200Ω的电阻。此时，应确认串联电阻不会对信号电平产生分压影响，以致输入端电平不能满足要求；
7、当存在热插拔要求时，应根据热插拔的级别，选择对应的器件。