不同電源供電的電路橋接的有效方法
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
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)。對于邏輯低電壓信號也進(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)換后的信號仍然滿足 VIL 參數(shù)的要求。對于這一配置，需要考慮幾件事。當(dāng)3.3V器件輸出0邏輯電平時，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系列單片機提供了可簡化5V接口的獨特功能。該系列單片機的輸入引腳可承受 5V(或 5.5V)電壓，即使器件正常情況下運行在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)機制。對于5V接口來說，這是非常重要的特性，因為這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現(xiàn)無縫的5V接口。
有些單片機產(chǎn)品還進(jìn)一步增強了這一功能，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，需要考慮兩個器件間的連接電容，從而確定端口引腳處信號的上升/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/下降時間≈12nS
如果可接受的最小上升/下降脈沖的時間寬度50nS，那么最大的輸出頻率為20MHz。對于大多數(shù)外設(shè)互連來說，這已經(jīng)足夠了。
這種方法有一個缺點就是當(dāng)MCU驅(qū)動邏輯低電平時，會通過上拉電阻消耗額外的電流。因此設(shè)計時需要考慮速度和電流大小兩個因素折衷選擇上拉電阻。需要為您的應(yīng)用選擇一個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)動低阻抗負(fù)載。如果希望驅(qū)動一個5V的繼電器，那么應(yīng)當(dāng)怎么做？幸運的是，對于驅(qū)動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)動此類負(fù)載，需要將引腳定義為輸出并驅(qū)動為低電平。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，大多數(shù)器件很可能會很快轉(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)成本肯定會有所幫助。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/180438.htm
DIY機械鍵盤相關(guān)社區(qū):機械鍵盤DIY
評論