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小明砸乱弹琴

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电平转换电路的方法  

2014-06-29 14:50:01|  分类: 硬件为王 |  标签: |举报 |字号 订阅

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电平转换

晶体管+上拉电阻法

就是一个双极型三极管或 MOSFET,C/D极接一个上拉电阻到正电源,输入电平很灵活,输出电平大致就是正电源电平。

   

(2) OC/OD 器件+上拉电阻法

1) 类似。适用于器件输出刚好为 OC/OD 的场合。

   

(3) 74xHCT系列芯片升压 (3.3V→5V)

凡是输入与 5V TTL 电平兼容的 5V CMOS 器件都可以用作 3.3V→5V 电平转换。

——这是由于 3.3V CMOS 的电平刚好和5V TTL电平兼容(巧合),而 CMOS 的输出电平总是接近电源电平的。

廉价的选择如 74xHCT(HCT/AHCT/VHCT/AHCT1G/VHCT1G/...) 系列 (那个字母 T 就表示 TTL 兼容)。

   

(4) 超限输入降压法 (5V→3.3V, 3.3V→1.8V, ...)

凡是允许输入电平超过电源的逻辑器件,都可以用作降低电平。

这里的"超限"是指超过电源,许多较古老的器件都不允许输入电压超过电源,但越来越多的新器件取消了这个限制 (改变了输入级保护电路)。

例如,74AHC/VHC 系列芯片,其 datasheets 明确注明"输入电压范围为0~5.5V",如果采用 3.3V 供电,就可以实现 5V→3.3V 电平转换。

   

(5) 专用电平转换芯片

最著名的就是 164245,不仅可以用作升压/降压,而且允许两边电源不同步。这是最通用的电平转换方案,但是也是很昂贵的 (俺前不久买还是¥45/片,虽是零售,也贵的吓人),因此若非必要,最好用前两个方案。

   

(6) 电阻分压法

最简单的降低电平的方法。5V电平,经1.6k+3.3k电阻分压,就是3.3V。

   

(7) 限流电阻法

如果嫌上面的两个电阻太多,有时还可以只串联一个限流电阻。某些芯片虽然原则上不允许输入电平超过电源,但只要串联一个限流电阻,保证输入保护电流不超过极限(如 74HC 系列为 20mA),仍然是安全的。

   

(8) 无为而无不为法

只要掌握了电平兼容的规律。某些场合,根本就不需要特别的转换。例如,电路中用到了某种 5V 逻辑器件,其输入是 3.3V 电平,只要在选择器件时选择输入为 TTL 兼容的,就不需要任何转换,这相当于隐含适用了方法3)。

   

(9) 比较器法

运放法/比较器少用。

   

2. 电平转换的"五要素"

   

(1) 电平兼容

解决电平转换问题,最根本的就是要解决逻辑器件接口的电平兼容问题。而电平兼容原则就两条:

VOH > VIH

VOL < VIL

再简单不过了!当然,考虑抗干扰能力,还必须有一定的噪声容限:

|VOH-VIH| > VN+

|VOL-VIL| > VN-

其中,VN+和VN-表示正负噪声容限。

只要掌握这个原则,熟悉各类器件的输入输出特性,可以很自然地找到合理方案,如前面的方案(3)(4)都是正确利用器件输入特性的例子。

   

(2) 电源次序

多电源系统必须注意的问题。某些器件不允许输入电平超过电源,如果没有电源时就加上输入,很可能损坏芯片。这种场合性能最好的办法可能就是方案(5)——164245。如果速度允许,方案(1)(7)也可以考虑。

   

(3) 速度/频率

某些转换方式影响工作速度,所以必须注意。像方案(1)(2)(6)(7),由于电阻的存在,通过电阻给负载电容充电,必然会影响信号跳沿速度。为了提高速度,就必须减小电阻,这又会造成功耗上升。这种场合方案(3)(4)是比较理想的。

   

(4) 输出驱动能力

如果需要一定的电流驱动能力,方案(1)(2)(6)(7)就都成问题了。这一条跟上一条其实是一致的,因为速度问题的关键就是对负载电容的充电能力。

   

(5) 路数

某些方案元器件较多,或者布线不方便,路数多了就成问题了。例如总线地址和数据的转换,显然应该用方案(3)(4),采用总线缓冲器芯片(245,541,16245...),或者用方案(5)。

   

(6) 成本&供货

前面说的164245就存在这个问题。"五要素"冒出第6个,因为这是非技术因素,而且太根本了,以至于可以忽略。

RS232的电平是多少呢?

RS232电平发送器为+5V~+15V为逻辑负,-5V~-15V为逻辑正

   

接收器典型的工作电平在+3~+12V与-3~-12V。由于发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右,所以其共模抑制能力差,再加上双绞线上的分布电容,其传送距离最大为约15米,最高速率为20kb/s。RS-232是为点对点(即只用一对收、发设备)通讯而设计的,其驱动器负载为3~7kΩ。所以RS-232适合本地设备之间的通信。

   

RS485的电平是多少呢?

   

发送驱动器A、B之间的正电平在+2~+6V,是一个逻辑状态1,负电平在-2~-6V,是另一个逻辑状态0。(具体数值可能有误,回头测试一下!)

   

当在收端AB之间有大于+200mV的电平时,输出正逻辑电平,小于-200mV时,输出负逻辑电平。接收器接收平衡线上的电平范围通常在200mV至6V之间。

   

TTL电平是多少呢?

TTL电平为2.0V~5V为逻辑正,0~0.8V为逻辑负

   

CMOS电路的电平是多少?

CMOS电平:

输出逻辑1电平电压接近于电源电压,逻辑电平0接近于0V。而且具有很宽的噪声容限。

   

输入逻辑1电平电压大于电源电压的1/2 VCC~VCC;

输入逻辑0电平电压小于电源电压的1/2 VCC~gnd;

   

   

高电平低电平是什么意思

   

逻辑电平的一些概念

要了解逻辑电平的内容,首先要知道以下几个概念的含义:

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:阀值电平(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<Vil,而如果输入电平在阈值上下,也就是Vil~Vih这个区域,电路的输出会处于不稳定状态。

对于一般的逻辑电平,以上参数的关系如下:

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)。

门电路输出极在集成单元内不接负载电阻而直接引出作为输出端,这种形式的门称为开路门。开路的TTL、CMOS、ECL门分别称为集电极开路(OC)、漏极开路(OD)、发射极开路(OE),使用时应审查是否接上拉电阻(OC、OD门)或下拉电阻(OE门),以及电阻阻值是否合适。对于集电极开路(OC)门,其上拉电阻阻值RL应满足下面条件:

1): RL < (VCC-Voh)/(n*Ioh+m*Iih)

2):RL > (VCC-Vol)/(Iol+m*Iil)

其中n:线与的开路门数;m:被驱动的输入端数。

:常用的逻辑电平

·逻辑电平:有TTL、CMOS、LVTTL、ECL、PECL、GTL;RS232、RS422、LVDS等。

·其中TTL和CMOS的逻辑电平按典型电压可分为四类:5V系列(5V TTL和5V CMOS)、3.3V系列,2.5V系列和1.8V系列。

·5V TTL和5V CMOS逻辑电平是通用的逻辑电平。

·3.3V及以下的逻辑电平被称为低电压逻辑电平,常用的为LVTTL电平。

·低电压的逻辑电平还有2.5V和1.8V两种。

·ECL/PECL和LVDS是差分输入输出。

·RS-422/485和RS-232是串口的接口标准,RS-422/485是差分输入输出,RS-232是单端输入输出。

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