電路設(shè)計(jì)中常用的7個(gè)接口類型

我們知道，在電路系統(tǒng)的各個(gè)子模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)可能會(huì)存在一些問題導(dǎo)致信號(hào)無法正常、高質(zhì)量地“流通”。例如有時(shí)電路子模塊各自的工作時(shí)序有偏差（如CPU與外設(shè)）或者各自的信號(hào)類型不一致（如傳感器檢測(cè)光信號(hào)）等，這時(shí)我們應(yīng)該考慮通過相應(yīng)的接口方式來很好地處理這個(gè)問題。

下面就大概說明一下電路設(shè)計(jì)中7個(gè)常用的接口類型的關(guān)鍵點(diǎn)：

1.TTL電平接口

這個(gè)接口類型基本是老生常談的吧，從上大學(xué)學(xué)習(xí)模擬電路、數(shù)字電路開始，對(duì)于一般的電路設(shè)計(jì)，TTL電平接口基本就脫不了“干系”。

它的速度一般限制在30MHz以內(nèi)，這是由于BJT的輸入端存在幾個(gè)pF的輸入電容的緣故（構(gòu)成一個(gè)LPF），輸入信號(hào)超過一定頻率的話，信號(hào)就將“丟失”。它的驅(qū)動(dòng)能力一般最大為幾十個(gè)毫安。正常工作的信號(hào)電壓一般較高，要是把它和信號(hào)電壓較低的ECL電路接近時(shí)會(huì)產(chǎn)生比較明顯的串?dāng)_問題。

2.CMOS電平接口

我們對(duì)它也不陌生，也是經(jīng)常和它打交道了，一些關(guān)于CMOS的半導(dǎo)體特性在這里就不必啰嗦了。許多人都知道的是，正常情況下CMOS的功耗和抗干擾能力遠(yuǎn)優(yōu)于TTL。（但是，鮮為人知的是，在高轉(zhuǎn)換頻率時(shí)，CMOS系列實(shí)際上卻比TTL消耗更多的功率，至于為什么是這樣，請(qǐng)去問半導(dǎo)體物理理論吧。）

由于CMOS的工作電壓目前已經(jīng)可以很小了，有的FPGA內(nèi)核工作電壓甚至接近1.5V，這樣就使得電平之間的噪聲容限比TTL小了很多，因此更加加重了由于電壓波動(dòng)而引發(fā)的信號(hào)判斷錯(cuò)誤。眾所周知，CMOS電路的輸入阻抗是很高的，因此，它的耦合電容容量可以很小，而不需要使用大的電解電容器了。

由于CMOS電路通常驅(qū)動(dòng)能力較弱，所以必須先進(jìn)行TTL轉(zhuǎn)換后再驅(qū)動(dòng)ECL電路。此外，設(shè)計(jì)CMOS接口電路時(shí)，要注意避免容性負(fù)載過重，否則的話會(huì)使得上升時(shí)間變慢，而且驅(qū)動(dòng)器件的功耗也將增加（因?yàn)槿菪载?fù)載并不耗費(fèi)功率）。

3.ECL電平接口

這可是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的老朋友啊!因?yàn)樗乃俣取芭堋钡脡蚩?，甚至可以跑到幾百M(fèi)Hz。這是由于ECL內(nèi)部的BJT在導(dǎo)通時(shí)并沒有處于飽和狀態(tài)，這樣就可以減少BJT的導(dǎo)通和截止時(shí)間，工作速度自然也就可以提上去了。

But，這是要付出代價(jià)的 —— 它的致命傷：功耗較大。它引發(fā)的EMI問題也就值得考慮了，抗干擾能力也就好不到哪去了，要是誰能夠折中好這兩點(diǎn)因素的話，那么就該發(fā)大財(cái)了。

還有要注意的是，一般ECL集成電路是需要負(fù)電源供電的，也就是說它的輸出電壓為負(fù)值，這時(shí)就需要專門的電平移動(dòng)電路了。

4.RS-232電平接口

玩電子技術(shù)的基本沒有誰不知道它的了（除非他或她只是電子技術(shù)專業(yè)的“門外漢”）。它是低速串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)，要注意的是，它的電平標(biāo)準(zhǔn)有點(diǎn)“反?！保焊唠娖綖?12V，而低電平為+12V。

So，當(dāng)我們?cè)噲D通過計(jì)算機(jī)與外設(shè)進(jìn)行通信時(shí)，一個(gè)電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232自然是少不了的了。但是我們得清醒地意識(shí)到它的一些缺點(diǎn)，例如數(shù)據(jù)傳輸速度還是比較慢、傳輸距離也較短等。

5.差分平衡電平接口

它是用一對(duì)接線端A和B的相對(duì)輸出電壓（uA-uB）來表示信號(hào)的，一般情況下，這個(gè)差分信號(hào)會(huì)在信號(hào)傳輸時(shí)經(jīng)過一個(gè)復(fù)雜的噪聲環(huán)境，導(dǎo)致兩根線上都產(chǎn)生基本上相同數(shù)量的噪聲，而在接收端將會(huì)把噪聲的能量給抵消掉，因此它能夠?qū)崿F(xiàn)較遠(yuǎn)距離、較高速率的傳輸。

工業(yè)上常用的RS-485接口采用的就是差分傳輸方式，它具有很好的抗共模干擾能力。

6.光隔離接口

光電耦合是以光信號(hào)為媒介來實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的耦合和傳遞的，它的“好處”就是能夠?qū)崿F(xiàn)電氣隔離，因此它有出色的抗干擾能力。在電路工作頻率很高的條件下，基本只有高速的光電隔離接口電路才能滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?/p>

有時(shí)為了實(shí)現(xiàn)高電壓和大電流的控制，我們必須設(shè)計(jì)和使用光隔離接口電路來連接如上所述的這些低電平、小電流的TTL或CMOS電路，因?yàn)楣飧綦x接口的輸入回路和輸出回路之間可以承受幾千伏特的高壓，足以滿足一般的應(yīng)用了。

此外，光隔離接口的輸入部分和輸出部分必須分別采用獨(dú)立的電源，否則的話還是有電氣聯(lián)系，也就不叫隔離了。

7.線圈耦合接口

它的電氣隔離特性好，但是允許的信號(hào)帶寬有限。例如變壓器耦合，它的功率傳輸效率是非常高的，輸出功率基本接近其輸入功率，因此，對(duì)于一個(gè)升壓變壓器來說，它可以有較高的輸出電壓，但是卻只能給出較低的電流。

此外，變壓器的高頻和低頻特性并不讓人樂觀，但是它的最大特點(diǎn)就是可以實(shí)現(xiàn)阻抗變換，當(dāng)匹配得當(dāng)時(shí)，負(fù)載可以獲得足夠大的功率，因此，變壓器耦合接口在功率放大電路設(shè)計(jì)中很“吃香”。