数字电路的高低电平由0和1表示，而在实际的电路系统中，不同的模块有着不一样的电气标准。在这些标准中的高低电平也有不一样的电压范围，当不同的电气标准之间需要连接时，就有了所谓的电平转换。在数字电路中，逻辑门电路(BJT或MOSFET)处于开关状态，在若干逻辑门电路以及集成芯片组成的电路系统中，电气标准的组合和转换构成了部分的数字电路。

1 电平标准的分类

现在常用的电平标准有TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、RS232、RS485等。

1.1 TTL和LVTTL

一般来说，采用电源、电阻、BJT(作为开关管用)组成的数字电路，称为TTL电路，其中的电平标准为TTL(Transistor-Transistor Logic)。

当电源电压Vcc为5V时：VOH>=2.4V，VOL<=0.4V；VIH>=2V，VIL<=0.8V。因为2.4V与5V之间还有很大空闲，对改善噪声容限并没什么好处，又会增大系统功耗(电压越高，能耗越大)，所以后来就把一部分去掉了，也就是后面的LVTTL。LVTTL又分3.3V、2.5V以及更低电压的LVTTL(Low Voltage TTL)。

1.2 COMS和LVCMOS

一般来说，采用电源、电阻、MOSFET(作为开关管用)组成的数字电路，称为COMS电路，其中的电平标准为CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor PMOS+NMOS)。

COMS电路的电源电压Vcc可达15V： VOH>=0.9Vcc，VOL<=0.1Vcc；VIH>=0.7Vcc，VIL<=0.3Vcc。对应3.3V LVTTL，出现了LVCMOS，可以与3.3V的LVTTL直接相互驱动。

2 TTL和COMS的比较

2.1 噪声容限

噪声容限(Noise Margin)是指在前一极输出为最坏的情况下，为保证后一极正常工作，所允许的最大噪声幅度 。噪声容限越大说明容许的噪声越大，电路的抗干扰性越好。

高电平噪声容限 = 最小输出高电平电压-最小输入高电平电压；

低电平噪声容限 = 最大输入低电平电压-最大输出低电平电压；

噪声容限 = min{ 高电平噪声容限，低电平噪声容限 }。

参照1.1和1.2，很容易得到TTL的噪声容限为2.4V-2V = 0.4V；COMS的噪声容限为0.9Vcc – 0.7Vcc = 0.2Vcc，当Vcc=12V时，噪声容限为2.4V，所以COMS的抗干扰能力强于TTL。

2.2 能耗

同种电路下的能耗比较可以使用公式：P = c * V2 * f，其中c为常数，V为电压，f为开关频率。而不同种电路下的能耗则需要考虑导通损耗、开关损耗，由于CMOS的输入阻抗远大于TTL，故能耗是低于TTL的。

2.3 比较

1. CMOS是场效应管构成，TTL为双极晶体管构成；

2.CMOS的逻辑电平范围比较大（3～15V），TTL只能在5V下工作；

3.CMOS的高低电平之间相差比较大、抗干扰性强，TTL则相差小，抗干扰能力差；

4.CMOS功耗很小，TTL功耗较大（1～5mA/门）；

5.CMOS的工作频率较TTL略低，但是高速CMOS速度与TTL差不多相当。

目前，COMS基本上可以取代TTL，但是由于BJT价格便宜，使用方便，依然有一定的适用场景。

3 RS232和RS485的比较

RS232和RS485都是电平的标准，也就是数字电路中的0和1的表示方式。要与USART区分开来，USART可以使用TTL电平，也可以使用RS232和RS485电平，只不过电平的标准不一样，有各自的优缺点。

RS232使用-12V(-3V -15V)表示逻辑1，12V(3V~15V)表示逻辑0，全双工，最少3条通信线（RX,TX,GND），因为使用绝对电压表示逻辑，由共模干扰，导线电阻等原因，通讯距离不远，只有10米级，只能点对点通信。

RS485使用差分电压，两数据线之间的电压差，+(2V 6V)表示逻辑1，-(2V~6V)表示逻辑0，半双工，最少2线(data+,data-，但最好是加上地线，否则共模干扰无法释放，产生EMI问题)，抗干扰能力强，传输距离可达1200米，可分布式组网通信。

4 电平转换

正是由于不同的电气标准，所以需要电平转换，常见的有TTL转COMS，TTL转RS232(max232)，TTL转RS485(max485)等。

4.1 电压升降压的方式

1. 电荷泵(电容串联升压，其中采用开关管来控制电容的充放电能)

2. 开关电源(电感储能，其中采用开关管来控制电感的充放磁能)

3. 线性变压器(原副边线圈匝数之比为电压之比)

4. LDO

5. 电阻分压(降压方便，但有能量损耗)

6. 光耦(转换的电压由隔离后的电路电源决定)

4.2 集成芯片max232是如何升高电压的？

查看max232芯片手册，可以知道，该芯片通过电源电压5V来控制两个电容的充电和串联来产生10V的电压(也就是所谓的电荷泵原理)，并通过反相器产生-10V的电压，前提是充电的速度要赶得上电容漏电的速度，否则就达不到10V了。