1. 常用的電平轉換方案
(1) 電晶體+上拉電阻法
就是乙個雙極型三極體或 mosfet,c/d極接乙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。適用於器件輸出剛好為 oc/od 的場合。
(3) 74xhct系列晶元公升壓 (3.3v→5v)
凡是輸入與 5v ttl 電平相容的 5v cmos 器件都可以用作 3.3v→5v 電平轉換。
——這是由於 3.3v cmos 的電平剛好和5v ttl電平相容(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 相容)。
(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。
這裡的"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 系列晶元,其 datasheets 明確註明"輸入電壓範圍為0~5.5v",如果採用 3.3v 供電,就可以實現 5v→3.3v 電平轉換。
(5) 專用電平轉換晶元
最著名的就是 164245,不僅可以用作公升壓/降壓,而且允許兩邊電源不同步。這是最通用的電平轉換方案,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,有時還可以只串聯乙個限流電阻。某些晶元雖然原則上不允許輸入電平超過電源,但只要串聯乙個限流電阻,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
只要掌握了電平相容的規律。某些場合,根本就不需要特別的轉換。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 相容的,就不需要任何轉換,這相當於隱含適用了方法3)。
(9) 比較器法
算是湊數,有人提出用這個而已,還有什麼運放法就太惡搞了。
2. 電平轉換的"五要素"
(1) 電平相容
解決電平轉換問題,最根本的就是要解決邏輯器件介面的電平相容問題。而電平相容原則就兩條:
voh > vih
vol < vil
再簡單不過了!當然,考慮抗干擾能力,還必須有一定的雜訊容限:
|voh-vih| > vn+
|vol-vil| > vn-
其中,vn+和vn-表示正負雜訊容限。
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,很可能損壞晶元。這種場合效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
某些轉換方式影響工作速度,所以必須注意。像方案(1)(2)(6)(7),由於電阻的存在,通過電阻給負載電容充電,必然會影響訊號跳沿速度。為了提高速度,就必須減小電阻,這又會造成功耗上公升。
這種場合方案(3)(4)是比較理想的。
(4) 輸出驅動能力
如果需要一定的電流驅動能力,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,因為速度問題的關鍵就是對負載電容的充電能力。
(5) 路數
某些方案元器件較多,或者佈線不方便,路數多了就成問題了。例如匯流排位址和資料的轉換,顯然應該用方案(3)(4),採用匯流排緩衝器晶元(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,因為這是非技術因素,而且太根本了,以至於可以忽略。
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