前言：
數位電路的高低電平由0和1表示，而在實際的電路系統中，不同的模組有著不一樣的電氣標準。在這些標準中的高低電平也有不一樣的電壓範圍，當不同的電氣標準之間需要連線時，就有了所謂的電平轉換。在數位電路中，邏輯閘電路(bjt或mosfet)處於開關狀態，在若干邏輯閘電路以及整合晶元組成的電路系統中，電氣標準的組合和轉換構成了部分的數位電路。
1 電平標準的分類
現在常用的電平標準有ttl、cmos、lvttl、lvcmos、rs232、rs485等。
1.1 ttl和lvttl
一般來說，採用電源、電阻、bjt(作為開關管用)組成的數位電路，稱為ttl電路，其中的電平標準為ttl(transistor-transistor logic)。
當電源電壓vcc為5v時：voh>=2.4v，vol<=0.4v；vih>=2v，vil<=0.8v。因為2.4v與5v之間還有很大空閒，對改善雜訊容限並沒什麼好處，又會增大系統功耗(電壓越高，能耗越大)，所以後來就把一部分去掉了，也就是後面的lvttl。lvttl又分3.3v、2.5v以及更低電壓的lvttl(low voltage ttl)。
1.2 coms和lvcmos
一般來說，採用電源、電阻、mosfet(作為開關管用)組成的數位電路，稱為coms電路，其中的電平標準為cmos(complementary metal oxide semiconductor pmos+nmos)。
coms電路的電源電壓vcc可達15v： voh>=0.9vcc，vol<=0.1vcc；vih>=0.7vcc，vil<=0.3vcc。對應3.3v lvttl，出現了lvcmos，可以與3.3v的lvttl直接相互驅動。
2 ttl和coms的比較
2.1 雜訊容限
雜訊容限(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，所允許的最大雜訊幅度 。雜訊容限越大說明容許的雜訊越大，電路的抗干擾性越好。
高電平雜訊容限 = 最小輸出高電平電壓-最小輸入高電平電壓；
低電平雜訊容限 = 最大輸入低電平電壓-最大輸出低電平電壓；
雜訊容限 = min。
參照1.1和1.2，很容易得到ttl的雜訊容限為2.4v-2v = 0.4v；coms的雜訊容限為0.9vcc – 0.7vcc = 0.2vcc，當vcc=12v時，雜訊容限為2.4v，所以coms的抗干擾能力強於ttl。
2.2 能耗
同種電路下的能耗比較可以使用公式：p = c * v2 * f，其中c為常數，v為電壓，f為開關頻率。而不同種電路下的能耗則需要考慮導通損耗、開關損耗，由於cmos的輸入阻抗遠大於ttl，故能耗是低於ttl的。
2.3 比較
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。
目前，coms基本上可以取代ttl，但是由於bjt**便宜，使用方便，依然有一定的適用場景。
3 rs232和rs485的比較
rs232和rs485都是電平的標準，也就是數位電路中的0和1的表示方式。要與usart區分開來，usart可以使用ttl電平，也可以使用rs232和rs485電平，只不過電平的標準不一樣，有各自的優缺點。
rs232使用-12v(-3v -15v)表示邏輯1，12v(3v~15v)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，由共模干擾，導線電阻等原因，通訊距離不遠，只有10公尺級，只能點對點通訊。
rs485使用差分電壓，兩資料線之間的電壓差，+(2v 6v)表示邏輯1，-(2v~6v)表示邏輯0，半雙工，最少2線(data+,data-，但最好是加上地線，否則共模干擾無法釋放，產生emi問題)，抗干擾能力強，傳輸距離可達1200公尺，可分布式組網通訊。
4 電平轉換
正是由於不同的電氣標準，所以需要電平轉換，常見的有ttl轉coms，ttl轉rs232(max232)，ttl轉rs485(max485)等。
4.1 電壓公升降壓的方式
電荷幫浦(電容串聯公升壓，其中採用開關管來控制電容的充放電能)
開關電源(電感儲能，其中採用開關管來控制電感的充放磁能)
線性變壓器(原副邊線圈匝數之比為電壓之比)
ldo電阻分壓(降壓方便，但有能量損耗)
光耦(轉換的電壓由隔離後的電路電源決定)
上述的3和6是隔離的(不共地)。
4.2 整合晶元max232是如何公升高電壓的？
檢視max232晶元手冊，可以知道，該晶元通過電源電壓5v來控制兩個電容的充電和串聯來產生10v的電壓(也就是所謂的電荷幫浦原理)，並通過反相器產生-10v的電壓，前提是充電的速度要趕得上電容漏電的速度，否則就達不到10v了。
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