Поиск по сайту:

 

По базе:  
микроэлектроника, микросхема, микроконтроллер, память, msp430, MSP430, Atmel, Maxim, LCD, hd44780, t6963, sed1335, SED1335, mega128, avr, mega128  
  Главная страница > Статьи > Источники питания

реклама
 




Мероприятия:




Игорь Таранков
Фирма Компел

Выбор правильного преобразователя логического уровня

Резюме

В современных высококачественных низкопотребляющих приложениях наблюдается тенденция снижения напряжения питания. В то время как одни приборы способны работать при низком напряжении питания, другие же должны работать при более высоких напряжениях питания. Для совместимости таких приборов в одном устройстве или системе уровни выходных сигналов должны находиться в допустимых пределах уровней входных сигналов других приборов. Есть несколько схем преобразования уровня, позволяющих реализовать интерфейс между приборами с различными уровнями напряжений сигналов. В зависимости от приложения, одна технология может быть более подходящей, чем другая. В данном документе дается краткий обзор методов и изделий, использующихся для преобразования уровней, а также перечисляются преимущества и недостатки каждого преобразователя уровня производства компании Texas Instruments (TI).

1. Введение

В большинстве современных устройствах и системах существует потребность в использовании преобразователей уровней. Например, специализированные интегральные схемы могли бы работать с напряжением питания VCCA, в то время как устройство ввода-вывода работает с напряжением питания VCCB. Для обеспечения возможности ведения обмена данными между этими приборами необходим преобразователь уровней, приведенный на рисунке 1.

Типовое применение, в котором необходим преобразователь уровней
Рисунок 1. Типовое применение, в котором необходим преобразователь уровней

Пороги входного напряжения и уровни выходного напряжения электронных приборов изменяются в зависимости от технологии прибора и используемого напряжения питания. На рисунке 2 приведены пороговые уровни для различных напряжений питания и технологий приборов. Для успешной организации интерфейса между двумя приборами необходимо удовлетворить следующие требования:

  1. VOH драйвера должно быть больше чем VIH приемника.
  2. VOL драйвера должно быть меньше чем VIL приемника.
  3. Выходное напряжение драйвера не должно превысить допустимый уровень входного сигнала приемника.

Уровни переключений цифровых приборов
Рисунок 2. Уровни переключений цифровых приборов

2. Преобразователи уровней с двумя напряжениями питания

2.1 Характеристики

Приборы с двумя напряжениями питания разработаны для асинхронной передачи между двумя шинами или приборами, работающими при различных напряжениях питания. Эти приборы используют два напряжения питания: VCCA, чтобы обеспечить интерфейс со стороны А и VCCB, чтобы обеспечить интерфейс со стороны В. В двунаправленных преобразователях уровня данные передаются от А к В или от В к А в зависимости от уровня логического сигнала на выводе DIR. В приборах, имеющих вход сигнала управления активностью (OE) шины А и В переходят в высокоомное состояние, если на вход OE подан неактивный сигнал.

Преобразователи уровней с двумя напряжениями питания производства компании TI доступны в модификациях с различной шириной шин А и В и допустимыми уровнями напряжения питания каждой шины. Эти приборы гибки, удобны и могут осуществлять двунаправленное преобразование (как с понижением, так и с повышением уровня сигнала), что делает их идеальным решением для большинства приложений. Их высокая активная составляющая нагрузочной способности драйверов позволяет использовать их для работы на длинные линии и большие нагрузки.

SN74AVCB324245 - 32-разрядный преобразователь уровней с двумя напряжениями питания, который организован как четыре банка по восемь бит каждый. На рисунке 3 приведены эпюры сигналов двух банков N74AVCB324245, при этом первый банк осуществляет преобразование 1.8 В сигналов в 3.3 В сигналы, а второй - 3.3 В сигналы в 1.8 В сигналы.

Эпюры сигналов на выводах SN74AVCB324245
Рисунок 3. Эпюры сигналов на выводах SN74AVCB324245, осуществляющего преобразование 1.8 В сигналы в 3.3 В сигналы (банк 1) и 3.3 В сигналы в 1.8 В сигналы (банк 2) одновременно (CL= 15 пФ, RL = 2 кОм)

Преимущества приборов с двумя напряжениями питания:

  • Гибкость выбора нижнего и верхнего уровней сигналов
  • Высокая активная составляющая нагрузочной способности
  • Доступность в модификациях с различной шириной шин данных

2.2 Семейство преобразователей

В таблице 1 приведен перечень и краткие характеристики предлагаемых компанией TI преобразователей уровней.

Таблица 1. Возможные комбинации преобразования уровней сигналов при помощи преобразователей уровней с двумя напряжениями питания производства компании TI

Прибор Напряжение питания Возможные комбинации преобразуемых уровней
Порт А Порт В
SN74LVCC3245A 2.3 V VCCA 3.6 V
3 В VCCB 5.5 В		 2.5-В КМОП 3.3-В НВТТЛ/НВКМОП
3.3-В НВТТЛ/НВКМОП 5-В КМОП
SN74LVC4245A 4.5 В VCCA 5.5 В
2.7 В VCCB 3.6 В		 5-В КМОП 3.3-В НВТТЛ/НВКМОП
SN74LVCC4245A 4.5 В VCCA 5.5 В
2.7 В VCCB 5.5 В		 5-В КМОП 3.3-В НВТТЛ/НВКМОП
5-В КМОП 5-В КМОП
SN74ALVC164245 2.3 В VCCA 3.6 В
3 В VCCB 5.5 В		 2.5-В КМОП 3.3-В НВТТЛ/НВКМОП
SN74AVCA164245(1)
SN74AVCB164245(1)
SN74AVCB324245(1)		 1.4 В VCCA 3.6 В
1.4 В VCCB 3.6 В		 3.3-В НВТТЛ/НВКМОП 5-В КМОП
1.5-В КМОП 1.5-В КМОП, 1.8-В КМОП, 2.5-В КМОП, 3.3-В НВТТЛ/НВКМОП
1.8-В КМОП 1.5-В КМОП, 1.8-В КМОП, 2.5-В КМОП, 3.3-В НВТТЛ/НВКМОП
2.5-В КМОП 1.5-В КМОП, 1.8-В КМОП, 2.5-В КМОП, 3.3-В НВТТЛ/НВКМОП
3.3-В КМОП 1.5-В КМОП, 1.8-В КМОП, 2.5-В КМОП, 3.3-В НВТТЛ/НВКМОП
SN74AVC1T45(1)
SN74AVC2T45(1)
SN74AVC4T245(1)(2)
SN74AVC8T245(1)
SN74AVC16T245(1)
SN74AVC20T245(1)
SN74AVC24T245(1)
SN74AVC32T245(1)		 1.2 В VCCA 3.6 В
1.2 В VCCB 3.6 В		 1.2-В КМОП 1.5-В КМОП, 1.8-В КМОП, 2.5-В КМОП, 3.3-В НВТТЛ/НВКМОП
1.5-В КМОП 1.5-В КМОП, 1.8-В КМОП, 2.5-В КМОП, 3.3-В НВТТЛ/НВКМОП
1.8-В КМОП 1.5-В КМОП, 1.8-В КМОП, 2.5-В КМОП, 3.3-В НВТТЛ/НВКМОП
2.5-В КМОП 1.5-В КМОП, 1.8-В КМОП, 2.5-В КМОП, 3.3-В НВТТЛ/НВКМОП
3.3-В КМОП 1.5-В КМОП, 1.8-В КМОП, 2.5-В КМОП, 3.3-В НВТТЛ/НВКМОП
SN74LVC1T45
SN74LVC2T25
SN74LVC8T25 (1)(2)
SN74LVC16T25(1)(2) 		1.65 В VCCA 5.5 В
1.65 В VCCB 5.5 В		 1.8-В КМОП 1.8-В КМОП, 2.5-В КМОП, 3.3-В НВТТЛ/НВКМОП, 5-В КМОП
2.5-В КМОП 1.8-В КМОП, 2.5-В КМОП, 3.3-В НВТТЛ/НВКМОП, 5-В КМОП
3.3-В НВКМОП/НВТТЛ 1.8-В КМОП, 2.5-В КМОП, 3.3-В НВТТЛ/НВКМОП, 5-В КМОП
5-В КМОП 1.8-В КМОП, 2.5-В КМОП, 3.3-В НВТТЛ/НВКМОП, 5-В КМОП

(1) Доступна опция удержания шины

(2) В процессе разработки.

Для выпускаемых с января 2004 года своих преобразователей уровней с двумя напряжениями питания компания TI приняла легкую для понимания маркировку. На рисунке 4 показана расшифровка маркировки преобразователя SN74AVC8T245. Если в техническом описании не оговорено отдельно, то для питания управляющей логики эти преобразователи используют напряжение питания VCCA.

Расшифровка маркировки преобразователей уровней с двумя напряжениями питания
Рисунок 4. Расшифровка маркировки преобразователей уровней с двумя напряжениями питания

3. Приборы с открытым стоком

Приборы с выходами с открытым стоком имеют N- канальный транзистор, подключенный между выходом и общей шиной GND. На рисунке 5 показано, как эти приборы могут использоваться в приложениях преобразования уровня. Выходное напряжение определяется напряжением VCCB. VCCB может быть больше чем входное напряжение (преобразование с повышением уровня сигнала) или меньше (преобразование с понижением уровня сигнала).

Приборы с открытым стоком полезны при преобразовании уровней в системах, имеющих несколько напряжений питания. Однако, у этого метода есть некоторые недостатки. Когда на выходе удерживается низкий уровень, т.е. N- канальный транзистор находится в открытом состоянии, то от линии питания VCCB к общей шине через подтягивающий резистор Rpullup и транзистор T1 протекает постоянный ток. Это ведет к увеличению потребления системы.

Использование более высокоомного подтягивающего резистора может уменьшить этот ток. Однако большой резистор также замедляет время нарастания выходного сигнала из-за более высокой постоянной времени RC цепочки, состоящей из резистора Rpullup и емкости нагрузки.

Преобразование уровней при помощи прибора с открытым стоком
Рисунок 5. Преобразование уровней при помощи прибора с открытым стоком

Преимущества приборов с открытым стоком:

  • Может использоваться для повышения и понижения уровней в системах с несколькими напряжениями питания
  • Может использоваться для формирования монтажного логического ИЛИ на шине

3.1 Прикладной пример - преобразование уровней при помощи SN74LVC2G07

На рисунке 6 показан один буферный усилитель прибора SN74LVC2G07, осуществляющий преобразование 1.8 В сигнала в 5 В сигнал, а другой буфер понижает уровень 3.3 В сигнала до 1.8 В.

Использование прибора с открытым стоком для преобразования уровня
Рисунок 6. Использование прибора с открытым стоком для преобразования уровня

1.8 В напряжение питания используется для задания минимального уровня входного сигнала VIH, который будет распознаваться как правильный высокий сигнал. Минимальное значение выходного подтягивающего резистора определяется максимально допустимым выходным током прибора (IOL макс), а максимальное значение - максимально допустимым временем нарастания выходного сигнала.

RPU (мин) = (VPU - VOL)/IOL (макс)

Для случая использования SN74LVC2G07, показанного на рисунке 6, принимая что VPU1 = 5 В ± 0.5 В, VPU2 = 1.8 В ±0.15 В и используя резисторы с 5%-ым допуском, получаем:

RPU1 (мин) = ((5.5 В - 0.45 В) / 4 мА) x (1 / 0.95) = 1.33 кОм

Наиболее близким (с более высоким сопротивлением) резистором с 5%-ым допуском является резистор с номиналом 1.5 кОм.

RPU2 (мин) = ((1.8 В - 0.45 В) / 4 мА) x (1 / 0.95) = 394.73 Ом

Наиболее близким (с более высоким сопротивлением) резистором с 5%-ым допуском является резистор с номиналом 430 Ом.

На рисунке 7 показаны эпюры напряжений при емкости нагрузки 10 пФ и различных значениях сопротивления подтягивающего резистора. Поскольку сопротивление подтягивающего резистора увеличено, то увеличилось и время нарастания выходного сигнала.

Скорость нарастания выходного сигнала уменьшается с увеличением сопротивления подтягивающего резистора RPU
Рисунок 7. Скорость нарастания выходного сигнала уменьшается с увеличением сопротивления подтягивающего резистора RPU

3.2 Не используйте подтягивающий резистор в драйверах с КМОП выходом

Для преобразования уровней сигнала, формируемого драйвером с КМОП выходом (двухтактным) нельзя использовать подтягивающий резистор. Эта технология имеет несколько недостатков, которые необходимо учитывать. Один недостаток: увеличение потребления при нахождении нижнего транзистора в открытом состоянии (это было обсуждено в начале раздела 3). Другая проблема возникает, когда на КМОП выходе устанавливается высокий уровень. В этом состоянии нижний N- канальный транзистор закрыт, а верхний P- канальный транзистор открыт. В этом случае от источника питания с более высоким напряжением течет к источнику питания с более низким напряжением через открытый Р- канальный транзистор и резистор R. Этот ток может вызвать нежелательное воздействие на источник питания с более низким напряжением.

Использование подтягивающих резисторов с драйверами с КМОП выходом не рекомендуется
Рисунок 8. Использование подтягивающих резисторов с драйверами с КМОП выходом не рекомендуется

4. Коммутаторы на полевых транзисторах

Также для преобразования уровней могут использоваться коммутаторы шины семейств CB3T, CBT, CBTD и TVC производства компании TI. Коммутаторы на полевых транзисторах идеальны для приложений преобразования, в которых не требуется активный драйвер тока или где необходимо обеспечить очень маленькие задержки распространения.

Преимущества коммутаторов на полевых транзисторах:

  • Малая задержка распространения сигнала
  • TVC приборы (или CBT, настроенные как TVC) могут использоваться для двунаправленного преобразования уровня без управления направлением.

Приборы от семейства CB3T производства компании TI могут использоваться для понижения 5 В сигналов до 3.3 В (при работе от источника питания VCC = 3.3 В) и для понижения 5 В или 3.3 В сигналов до 2.5 В (при работе от источника питания VCC = 2.5 В). Пример использования CB3T приборов для двунаправленного преобразования показан на рисунке 9.

CB3T прибор, используемый для реализации интерфейса между 3 В шиной и 5 В (ТТЛ) шиной
Рисунок 9. CB3T прибор, используемый для реализации интерфейса между 3 В шиной и 5 В (ТТЛ) шиной

На рисунке 9 SN74CB3T3306 используется для реализации интерфейса между 3 В шиной и 5 В (ТТЛ) шиной. CB3T прибор работает от 3 В источника питания. При образовании 5 В сигналов в 3 В сигналы, CB3T прибор привязывает выходное напряжение к напряжению питания VCC (3 В). При преобразовании 3 В сигналов в 5 В сигналы, выходной сигнал привязан к уровню приблизительно 2.8 В, который является правильным высоким уровнем (VIH) для 5 В ТТЛ приборов. Эта технология имеет два недостатка, которые следует рассмотреть:

  1. 2.8 В уровень VOH прибора CB3T3306 уменьшает запас помехоустойчивости для высоких уровней на 5 В шине. В этом случае, запас помехоустойчивости был бы 2.8 В - 2.0 В = 800 мВ.
  2. Так как высокий уровень выходного сигнала CB3T прибора не соответствует 5 В напряжению питания, то 5 В приемник имеет повышенное потребление, вызванное током ?ICC (более подробно ток ?ICC будет рассмотрен в разделе 6).

Замечание: 2.8 В уровень VOH обеспечивается при VCC = 3 В, температуре окружающей среды 25°C, IO = 1 мкА. Этот 2.8 В уровень не будет правильным VIH уровнем для 5 В КМОП приемника; поэтому, CB3T приборы не могут использоваться для реализации интерфейса между 3 В приборами и 5 В КМОП приборами (без использования подтягивающего резистора).

4.1. CBT и CBTD приборы

Приборы семейств от CBT и CBTD могут использоваться для реализации интерфейса между 5 В и 3 В системами. Эти приборы могут использоваться только для понижения уровней 5 В КМОП приборов до 3.3 В уровней. Если 5 В интерфейс является ТТЛ, то эти приборы могут использоваться для двунаправленного преобразования сигналов 5 В и 3 В шин.

На рисунке 10 показан SN74CBT1G384, используемый для преобразования 5 В шины в 3.3 В. Внешний диод должен быть подключен между источником 5 В напряжения питания и выводом VCC прибора. Внешний диод понижает напряжение питания прибора до 4.3 В. Дополнительное падение напряжения VGS, равное 1 В, приводит к тому, что на выводе PIN2 будет 3.3 В уровень. Если надо получить более низкое напряжение, то могут использоваться дополнительные диоды. В некоторых случаях, тока покоя (ICC), протекающего через диод не достаточно для его открытия. Поэтому между катодом диода и общей шиной включают дополнительный резистор R, который гарантирует протекание тока, достаточного для открытия диода.

SN74CBT1G384, используемый для преобразования 5 В сигналов в 3.3 В
Рисунок 10. SN74CBT1G384, используемый для преобразования 5 В сигналов в 3.3 В

На рисунке 11 приведены эпюры напряжений при преобразовании 5 В сигналов в 3.3 В; как видно, задержка распространения от входа до выхода минимальна. CBT приборы также могут быть настроены на работу в качестве преобразователей уровней с привязкой (Translation Voltage Clamp - TVC), что позволяет им осуществлять гибкое двунаправленное преобразование без внешнего управления направленностью преобразования. Такое преобразование рассматривается в документе "Flexible Voltage-Level Translation With CBT Devices", выпущенном компанией TI под номером SCDA006.

Преобразование 5 В сигналов в 3.3 В сигналы при помощи CBT прибора
Рисунок 11. Преобразование 5 В сигналов в 3.3 В сигналы при помощи CBT прибора

4.2 Использование преобразователей уровней с привязкой (TVC приборы)

TVC приборы могут использоваться для двунаправленного преобразования уровня. Эти приборы не нуждаются в сигнале управления направлением преобразования. Каждый TVC прибор состоит множества n- канальных проходных полевых транзисторов, затворы которых соединены вместе, как это показано на рисунке 12.

Упрощенная схема типового TVC прибора
Рисунок 12. Упрощенная схема типового TVC прибора

При преобразовании уровней один из полевых транзисторов включен как опорный, а другие транзисторы используются как проходные транзисторы. Большее положительное напряжение на низковольтной стороне ограничивается напряжением, задаваемым опорным транзистором. Все транзисторы имеют одинаковые электрические характеристики; поэтому в качестве опорного может использоваться любой из них. Поскольку транзисторы изготовлены симметрично, и передача сигналов осуществляется двунаправленная, то любой порт может использоваться как низковольтная сторона. [1]

Для того чтобы опорный транзистор находился в состоянии проводимости, его сток должен быть подключен к источнику напряжения VDDREF через резистор, как это показано на рисунке 13, а опорное напряжение VREF должно быть меньше чем или равно (VBIAS - 1 В). А для того, чтобы транзистор находился в режиме насыщения, его затвор должен быть подключен к стоку.

SN74TVC3306, используемый для преобразования уровней
Рисунок 13. SN74TVC3306, используемый для преобразования уровней

На схеме, показанной на рисунке 13, VREF установлено равным уровню напряжения питания портов ввода - вывода микропроцессора, тогда как VDPU равняется напряжению, которое требуется на стороне В. Когда осуществляется понижающее преобразование сигналов со стороны В в сигналы на стороне А, выходное напряжение на стороне А привязывается к опорному напряжению VREF. При повышающем преобразовании от A2 (A3) к B2 (B3), как только преобразуемое напряжение приближается к опорному напряжению VREF, проходной транзистор между выводами A2 (A3) и B2 (B3) закрывается, и напряжение на выводе B2 (B3) через 150 Ом подтягивающий резистор поднимается до уровня VDPU.

На рисунке 14 приведены эпюры напряжений при двунаправленном преобразовании сигналов при помощи TVC прибора, а в таблицах 2 и 3 приведены возможные комбинации преобразуемых уровней.

Эпюры напряжений при двунаправленном преобразовании при помощи TVC прибора
Рисунок 14. Эпюры напряжений при двунаправленном преобразовании при помощи TVC прибора

Таблица 2. Возможные комбинации преобразуемых уровней напряжений при помощи коммутаторов на полевых транзисторах

Семейство коммутаторов на полевых транзисторах Диапазон напряжения питания VCC Преобразуемый уровень Преобразованный уровень Используемое напряжение питания VCC
CBT (с внешним диодом) 4 В VCC 5.5 В 5-В КМОП 3.3-В НВТТЛ/ НВКМОП 5 В
CBTD 4.5 В VCC 5.5 В 5-В КМОП 3.3-В НВТТЛ/ НВКМОП 5 В
CB3T 2.3 В VCC 3.6 В 5-В КМОП 3.3-В НВТТЛ/ НВКМОП 3.3 В
2.5-В НВКМОП 2.5 В
3.3-В НВТТЛ/ НВКМОП 2.5-В НВКМОП 2.5 В

Таблица 3. Возможные комбинации преобразуемых уровней напряжений при помощи TVC приборов

Семейство коммутаторов Диапазон VREF Двунаправленное преобразование между уровнями Минимальное значение VDDREF VREF VDPU
TVC (или CBT приборы, используемые как TVC приборы) 0 В VREF 5.5 В 5-В КМОП 3.3-В НВТТЛ/ НВКМОП 4.3 В 3.3 В 5 В
2.5-В КМОП 3.5 В 2.5 В
1.8-В КМОП 2.8 В 1.8 В
1.5-В КМОП 2.5 В 1.5 В
1.2-В КМОП 2.2 В 1.2 В
0.8-В КМОП 1.8 В 0.8 В
3.3-В НВТТЛ/ НВКМОП 5-В КМОП 4.3 В 3.3 В 5 В
2.5-В КМОП 3.5 В 2.5 В 3.3 В
1.8-В КМОП 2.8 В 1.8 В
1.5-В КМОП 2.5 В 1.5 В
1.2-В КМОП 2.2 В 1.2 В
0.8-В КМОП 1.8 В 0.8 В
2.5-В КМОП 5-В КМОП 3.5 В 2.5 В 5 В
3.3-В НВТТЛ/ НВКМОП 3.3 В
1.8-В КМОП 2.8 В 1.8 В 2.5 В
1.5-В КМОП 2.5 В 1.5 В
1.2-В КМОП 2.2 В 1.2 В
0.8-В КМОП 1.8 В 0.8 В
1.8-В КМОП 5-В КМОП 2.8 В 1.8 В 5 В
3.3-В НВТТЛ/ НВКМОП 3.3 В
2.5-В КМОП 2.5 В
1.5-В КМОП 2.5 В 1.5 В 1.8 В
1.2-В КМОП 2.2 В 1.2 В
0.8-В КМОП 1.8 В 0.8 В
1.5-В КМОП 5-В КМОП 2.5 В 1.5 В 5 В
3.3-В НВТТЛ/ НВКМОП 3.3 В
2.5-В КМОП 2.5 В
1.8-В КМОП 1.8 В
1.2-В КМОП 2.2 В 1.2 В 1.5 В
0.8-В КМОП 1.8 В 0.8 В
1.2-В КМОП 5-В КМОП 2.2 В 1.2 В 5 В
3.3-В НВТТЛ/ НВКМОП 3.3 В
2.5-В КМОП 2.5 В
1.8-В КМОП 1.8 В
1.5-В КМОП 1.5 В
0.8-В КМОП 1.8 В 0.8 В 1.2 В
0.8-В КМОП 5-В КМОП 1.8 В 0.8 В 5 В
3.3-В НВТТЛ/ НВКМОП 3.3 В
2.5-В КМОП 2.5 В
1.8-В КМОП 1.8 В
1.5-В КМОП 1.5 В
1.2-В КМОП 1.2 В

5. Приборы, способные выдерживать воздействие повышенного напряжения

Приборы, имеющие входы, способные выдерживать воздействие повышенного напряжения, могут работать при входных напряжениях, превышающих их собственное напряжение питания. Это становится возможным, если у прибора отсутствует встроенный диод, привязывающий вывод к напряжению питания, а также, если используется более толстый слой подзатворного оксида, который способен выдержать воздействие напряжения, превышающего напряжение питания VCC. Как показано на рисунке 15, эти приборы могут использоваться для понижающего преобразования уровней. Есть два способа определения приборов, способных выдерживать воздействие повышенного напряжения:

  • Определяют допустимое входное напряжение (VI) по техническому описанию. Приборы, способные выдерживать воздействие повышенного напряжения, имеют максимальное значение VI, которое не зависит от VCC. Для них этот параметр определен как абсолютное значение, например, 5.5 В.
  • Определяют входной ток диода (IIK) при максимальном режиме работы. Приборы, способные выдерживать воздействие повышенного напряжения, имеют только знак "минус" перед значением, например, ?20 мА вместо ±20 мА. Это подразумевает, что имеется только диод, привязывающий вход к общей линии, и что входной диод, привязывающий вход к напряжению питания VCC отсутствует.

Приборы семейств AUC, LVC, LV-A и AHC имеют входы, способные выдерживать воздействие повышенного напряжения. Передатчики этих серий имеют выходы, способные выдерживать перенапряжение, только если для них определен параметр IOFF.

Замечание: Приборы семейства AHC не имеют параметра IOFF; поэтому, приемопередатчики этого семейства не имеют функции защиты от перенапряжения.

Понижающее преобразование с использованием логических приборов, имеющих защиту входов от перенапряжения
Рисунок 15. Понижающее преобразование с использованием логических приборов, имеющих защиту входов от перенапряжения

При использовании приборов с функцией защиты от перенапряжения для преобразования уровней может измениться длительность рабочего цикла выходного импульса, если входной импульс имеет малую скорость нарастания выходного сигнала. Для примера, показанного на рисунке 15, входные сигналы изменяются от 0 до 5 В и от 5 до 0 В, но, так как преобразователь работает от источника питания VCC = 3.3 В, поэтому он переключается при 3.3 В пороговых уровнях. Если входной сигнал имеет малую скорость нарастания и спада, то это приведет к изменению скважности выходного сигнала, что и показано на рисунке 16. Поэтому, приборы с функцией защиты от перенапряжения не могут быть идеальным решением в приложениях, для которых скважность сигнала важна, например, для синхронизации.

Изменение скважности выходного сигнала при использовании для преобразования уровня приборов с функцией защиты от перенапряжения
Рисунок 16. Изменение скважности выходного сигнала при использовании для преобразования уровня приборов с функцией защиты от перенапряжения

Преимущества приборов с защитой от перенапряжения:

  • Необходимо только одно напряжение питания
  • Широкий набор AHC, AUC, AVC, LV-A, и LVC приборов

В таблице 4 приведены возможные комбинации преобразования уровней сигналов при помощи приборов с функцией защиты от перенапряжения.

Таблица 4. Возможные комбинации преобразования уровней сигналов при помощи приборов с функцией защиты от перенапряжения

Семейство приборов Диапазон VCC Преобразуемое напряжение Преобразованное напряжение Используемое VCC
AHC, LV-A 2 В VCC 5.5 В 5-В КМОП 3.3-В НВТТЛ/НВКМОП 3.3 В
2.5-В КМОП 2.5 В
3.3-В НВТТЛ/НВКМОП 2.5-В КМОП 2.5 В
LVC 1.65 В VCC 3.6 В
1.65 В VCC 5.5 В		 5-В КМОП 3.3-В НВТТЛ/НВКМОП 3.3 В
2.5-В КМОП 2.5 В
1.8-В КМОП 1.8 В
3.3-В НВТТЛ/НВКМОП 2.5-В КМОП 2.5 В
1.8-В КМОП 1.8 В
2.5-В КМОП 1.8-В КМОП 1.8 В
AVC 1.4 В VCC 3.6 В 3.3-В НВТТЛ/НВКМОП 2.5-В КМОП 2.5 В
1.8-В КМОП 1.8 В
1.5-В КМОП 1.5 В
2.5-В КМОП 1.8-В КМОП 1.8 В
1.5-В КМОП 1.5 В
1.8-В КМОП 1.5-В КМОП 1.5 В
AUC 0.8 В VCC 2.5 В 3.3-В НВТТЛ/НВКМОП 2.5-В КМОП 2.5 В
1.8-В КМОП 1.8 В
1.5-В КМОП 1.5 В
1.2-В КМОП 1.2 В
0.8-В КМОП 0.8 В
2.5-В КМОП 1.8-В КМОП 1.8 В
1.5-В КМОП 1.5 В
1.2-В КМОП 1.2 В
0.8-В КМОП 0.8 В
1.8-В КМОП 1.5-В КМОП 1.5 В
1.2-В КМОП 1.2 В
0.8-В КМОП 0.8 В
1.5-В КМОП 1.2-В КМОП 1.2 В
0.8-В КМОП 0.8 В
1.2-В КМОП 0.8-В КМОП 0.8 В

6. Приборы с ТТЛ- совместимыми входами

Приборы семейств HCT, AHCT, ACT, ABT и FCT имеют ТТЛ- совместимые входы и КМОП- совместимые 5 В выходы. Так как пороги переключения для 5 В ТТЛ и 3 В НВТД/НВКМОП интерфейсов равны (см. рисунок 2), то эти приборы могут использоваться для преобразования 3.3 В сигналов в 5 В. Однако, так как входные высокие сигналы не формируются от 5 В напряжения питания, поэтому входные каскады приемника формируют дополнительный статический ток, называемый ?ICC. На рисунке 17 показана зависимость тока ICC от VIN для прибора SN74HCT541. При статическом 3.3 В входном сигнале прибор потребляет дополнительный ток, приблизительно равный 290 мкА на каждый вход.

Зависимость ICC от VIN для прибора SN74HCT541
Рисунок 17. Зависимость ICC от VIN для прибора SN74HCT541

Преимущества приборов с ТТЛ- совместимыми входами:

  • необходимо только одно напряжение питания
  • Широкий набор HCT, AHCT, ACT, ABT и FCT приборов

7. Резюме по возможным решениям преобразователей уровней

Приборы с двумя напряжениями питания: Это лучший выбор для большинства приложений преобразования уровней напряжений сигналов. Эти приборы могут выполнять двунаправленное преобразование сигналов с различными уровнями. Они имеют низкое потребление, малую задержку распространения сигналов и активный драйвер тока.

Приборы с открытым стоком: приборы с открытым стоком могут использоваться для понижающего или повышающего преобразования с использованием внешнего подтягивающего резистора, подключенного к выходу. Такое решение дает большую гибкость, но ведет к увеличению потребления.

Приборы с функцией защиты входов от перенапряжения: Эти приборы являются хорошим вариантом легкого понижающего преобразования. Если входной сигнал имеет низкую скорость изменения, то скважность выходного сигнала может отличаться от скважности входного сигнала.

CB3T приборы: Эти коммутаторы на полевых транзисторах идеальны для понижающего преобразования 5 В в 2.5 В, 5 В в 3.3 В и 3.3 В в 2.5 В сигналы. CB3T приборы имеют задержку распространения менее 1 нс и очень низкое потребление. Эти приборы не имеют драйвера выходного тока, поэтому если должна осуществляться буферизация, то должны использоваться преобразователи уровней с двумя напряжениями питания.

CBT/CBTD приборы: CBT (с внешним диодом) или CBTD приборы могут использоваться для понижающего преобразования 5 В сигналов в 3.3 В сигналы. Эти приборы имеют малую задержку распространения сигналов и низкое потребление. Эти приборы не имеют драйвера выходного тока, поэтому если должна осуществляться буферизация, то должны использоваться преобразователи уровней с двумя напряжениями питания.

TVC приборы: TVC приборы позволяют осуществлять двунаправленное преобразование уровней без дополнительного сигнала управления направленностью преобразования. Эти приборы требуют использования внешних подтягивающих резисторов. Также на работу в режиме TVC прибора может быть настроен CBT прибор.

Приборы с ТТЛ- совместимыми входами: Приборы семейств HCT, AHCT, ACT, ABT и FCT могут использоваться для повышающего преобразования 3.3 В сигналов в 5 В. Это решение вызывает увеличение потребления.

8. Заключение

Есть несколько способов преобразования уровней логических сигналов, и каждая технология имеет свои достоинства и недостатки. Обычно, самым лучшим вариантом является использование преобразователей с двумя напряжениями питания. Компания TI предлагает широкий набор преобразователей уровня с двумя напряжениями питания, способных удовлетворить самые различные комбинации подлежащих преобразованию интерфейсов. Там, где нельзя использовать эти приборы, необходимо рассматривать другие варианты преобразователей уровней. Приборы с открытым стоком могут использоваться для повышающего преобразования, но только в тех приложениях, для которых потребление не является критическим параметром. Коммутаторы шин и приборы с функцией защиты входов от перенапряжения могут использоваться для понижающего преобразования, а приборы с ТТЛ- совместимыми входами могут использоваться для повышающего преобразования 3.3 В сигналов в 5 В, но только если система допускает повышение потребления.

9. Использованная литература

  1. Thomas V. McCaughey, Stephen M. Nolan, and John D. Pietrzak, Flexible Voltage-Level Translation With CBT Family Devices, TI literature number SCDA006.





 
Впервые? | Реклама на сайте | О проекте | Карта портала
тел. редакции: +7 (995) 900 6254. e-mail:info@eust.ru
©1998-2023 Рынок Микроэлектроники