不同電源供電的電路橋接的有效方法
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3.3V器件的VOH 電平一般比5V CMOS器件的VIH(0.7Vdd = 3.5V)稍低。一種簡單的解決方案是使用二極管來實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換。
上面的電路將輸出電壓增大了約0.6V。從而正好將3.3V CMOS輸出電壓轉(zhuǎn)換到了5V CMOS輸入范圍內(nèi)。對(duì)于邏輯低電壓信號(hào)也進(jìn)行了同樣大小的轉(zhuǎn)換。但，CMOS輸入的 VIL (max)約為1.5V，因此電壓轉(zhuǎn)換后的信號(hào)仍然滿足 VIL 參數(shù)的要求。對(duì)于這一配置，需要考慮幾件事。當(dāng)3.3V器件輸出0邏輯電平時(shí)，電路的汲取電流也將增加。因此應(yīng)當(dāng)仔細(xì)研究一下3.3V器件VOL 規(guī)范對(duì)電路灌電流的限制。通常，灌電流越大，VIL就越高。因此需要小心不要違反VIL參數(shù)要求。如果CMOS 輸出VOL過高，則必須考慮加大上拉電阻值。如果電阻太大，二極管偏置電流會(huì)變低，從而導(dǎo)致二極管的開關(guān)速率降低。
Microchip新推出的16位PIC24系列單片機(jī)提供了可簡化5V接口的獨(dú)特功能。該系列單片機(jī)的輸入引腳可承受 5V(或 5.5V)電壓，即使器件正常情況下運(yùn)行在3.3V或更低的Vdd電壓下。這些輸入引腳不需要連接到Vdd的箝位二極管，而是采用了不同的ESD保護(hù)機(jī)制。對(duì)于5V接口來說，這是非常重要的特性，因?yàn)檫@樣不需要電阻分壓器就可以直接將5V輸出連接到3.3V器件。讓我們回到圖3的例子，可見添加了這一功能即可實(shí)現(xiàn)無縫的5V接口。
有些單片機(jī)產(chǎn)品還進(jìn)一步增強(qiáng)了這一功能，提供了通過外部5V上拉電阻產(chǎn)生5V輸出的能力。3.3V器件驅(qū)動(dòng)3.3V輸出，但能承受5V的輸入。這些引腳提供數(shù)字控制的漏極開路輸出，使您可以選擇將引腳上拉到5V，而不會(huì)違反任何規(guī)范。這一功能支持通過CMOS輸入與5V器件方便地接口。
當(dāng)采用上拉電阻配置(見圖6)時(shí)，需要考慮兩個(gè)器件間的連接電容，從而確定端口引腳處信號(hào)的上升/下降速率(和最大開關(guān)頻率)，以及適用的電阻值?？紤]下面的公式：
其中 τ = RC 時(shí)間常數(shù)，R×C
PVdd = 外設(shè)電壓Vdd
PVih(min) = 外設(shè)的 Vih(min) 值
如果使用下述典型值：
上拉電阻 R = 1K
電容 C(由于引腳和PCB電容) = 10pF
PVdd = 5V
PVih(min) = 0.7×Vdd = 3.5V
則上升/下降時(shí)間≈12nS
如果可接受的最小上升/下降脈沖的時(shí)間寬度50nS，那么最大的輸出頻率為20MHz。對(duì)于大多數(shù)外設(shè)互連來說，這已經(jīng)足夠了。
這種方法有一個(gè)缺點(diǎn)就是當(dāng)MCU驅(qū)動(dòng)邏輯低電平時(shí)，會(huì)通過上拉電阻消耗額外的電流。因此設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮速度和電流大小兩個(gè)因素折衷選擇上拉電阻。需要為您的應(yīng)用選擇一個(gè)折衷的電阻值來提供所需的速度并且確保消耗的電流不超出規(guī)范。
有些人可能認(rèn)為不能采用這類配置來驅(qū)動(dòng)低阻抗負(fù)載。如果希望驅(qū)動(dòng)一個(gè)5V的繼電器，那么應(yīng)當(dāng)怎么做？幸運(yùn)的是，對(duì)于驅(qū)動(dòng)繼電器這樣的低阻抗負(fù)載，上述特性也有幫助。從圖7了解電路配置信息。要驅(qū)動(dòng)此類負(fù)載，需要將引腳定義為輸出并驅(qū)動(dòng)為低電平。這里，唯一的限制因素是器件的灌電流能力。要關(guān)斷負(fù)載，將引腳定義為輸入就可以了。關(guān)斷負(fù)載會(huì)將5V電壓直接饋入輸入引腳。由于引腳可以承受5V電壓，因此這一操作是正確的。換句話說，需要保持輸出鎖存器為邏輯低，并通過切換TRIS(輸入/輸出控制寄存器)來使負(fù)載接通/關(guān)斷。
本文介紹了橋接由5V和3.3V供電的電路的有效方法。這些方法完全可以和轉(zhuǎn)換階段橋接由不同電壓供電的電路的低成本智能解決方案媲美。同時(shí)，大多數(shù)器件很可能會(huì)很快轉(zhuǎn)向使用更低的電源，從而不再需要進(jìn)行電路橋接。本文給出的方法對(duì)于充分利用半導(dǎo)體行業(yè)的最新發(fā)展趨勢以及降低系統(tǒng)成本肯定會(huì)有所幫助。本文引用地址：http://2s4d.com/article/180438.htm
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