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常用的電平轉(zhuǎn)換方案

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作者: 時間:2007-04-23 來源: 收藏
(1) 晶體管+上拉電阻法
  就是一個雙極型三極管或 MOSFET,C/D極接一個上拉電阻到正電源,輸入電平很靈活,輸出電平大致就是正電源電平。

(2) OC/OD 器件+上拉電阻法
  跟 1) 類似。適用于器件輸出剛好為 OC/OD 的場合。

(3) 74xHCT系列芯片升壓 (3.3V→5V)
  凡是輸入與 5V TTL 電平兼容的 5V CMOS 器件都可以用作 3.3V→5V 。
  ——這是由于 3.3V CMOS 的電平剛好和5V TTL電平兼容(巧合),而 CMOS 的輸出電平總是接近電源電平的。
  廉價的選擇如 74xHCT(HCT/AHCT/VHCT/AHCT1G/VHCT1G/...) 系列 (那個字母 T 就表示 TTL 兼容)。

(4) 超限輸入降壓法 (5V→3.3V, 3.3V→1.8V, ...)
  凡是允許輸入電平超過電源的邏輯器件,都可以用作降低電平。
  這里的"超限"是指超過電源,許多較古老的器件都不允許輸入電壓超過電源,但越來越多的新器件取消了這個限制 (改變了輸入級保護電路)。
  例如,74AHC/VHC 系列芯片,其 datasheets 明確注明"輸入電壓范圍為0~5.5V",如果采用 3.3V 供電,就可以實現(xiàn) 5V→3.3V 。  

(5) 專用芯片
  最著名的就是 164245,不僅可以用作升壓/降壓,而且允許兩邊電源不同步。這是最通用的電平轉(zhuǎn)換方案,但是也是很昂貴的 (俺前不久買還是¥45/片,雖是零售,也貴的嚇人),因此若非必要,最好用前兩個方案。

(6) 電阻分壓法
  最簡單的降低電平的方法。5V電平,經(jīng)1.6k+3.3k電阻分壓,就是3.3V。

(7) 限流電阻法
  如果嫌上面的兩個電阻太多,有時還可以只串聯(lián)一個限流電阻。某些芯片雖然原則上不允許輸入電平超過電源,但只要串聯(lián)一個限流電阻,保證輸入保護電流不超過極限(如 74HC 系列為 20mA),仍然是安全的。

(8) 無為而無不為法
  只要掌握了電平兼容的規(guī)律。某些場合,根本就不需要特別的轉(zhuǎn)換。例如,電路中用到了某種 5V 邏輯器件,其輸入是 3.3V 電平,只要在選擇器件時選擇輸入為 TTL 兼容的,就不需要任何轉(zhuǎn)換,這相當于隱含適用了方法3)。

(9) 比較器法
  算是湊數(shù),有人提出用這個而已,還有什么運放法就太惡搞了。

2. 電平轉(zhuǎn)換的"五要素"

(1) 電平兼容
  解決電平轉(zhuǎn)換問題,最根本的就是要解決邏輯器件接口的電平兼容問題。而電平兼容原則就兩條:
  VOH > VIH
  VOL < VIL
  再簡單不過了!當然,考慮抗干擾能力,還必須有一定的噪聲容限:
  |VOH-VIH| > VN+
  |VOL-VIL| > VN-
  其中,VN+和VN-表示正負噪聲容限。
  只要掌握這個原則,熟悉各類器件的輸入輸出特性,可以很自然地找到合理方案,如前面的方案(3)(4)都是正確利用器件輸入特性的例子。

(2) 電源次序
  多電源系統(tǒng)必須注意的問題。某些器件不允許輸入電平超過電源,如果沒有電源時就加上輸入,很可能損壞芯片。這種場合性能最好的辦法可能就是方案(5)——164245。如果速度允許,方案(1)(7)也可以考慮。

(3) 速度/頻率
  某些轉(zhuǎn)換方式影響工作速度,所以必須注意。像方案(1)(2)(6)(7),由于電阻的存在,通過電阻給負載電容充電,必然會影響信號跳沿速度。為了提高速度,就必須減小電阻,這又會造成功耗上升。這種場合方案(3)(4)是比較理想的。

(4) 輸出驅(qū)動能力
  如果需要一定的電流驅(qū)動能力,方案(1)(2)(6)(7)就都成問題了。這一條跟上一條其實是一致的,因為速度問題的關(guān)鍵就是對負載電容的充電能力。
 
(5) 路數(shù)
  某些方案元器件較多,或者布線不方便,路數(shù)多了就成問題了。例如總線地址和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換,顯然應該用方案(3)(4),采用總線緩沖器芯片(245,541,16245...),或者用方案(5)。

(6) 成本&供貨
  前面說的164245就存在這個問題。"五要素"冒出第6個,因為這是非技術(shù)因素,而且太根本了,以至于可以忽略




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