混合邏輯電平的接口技術(shù)

３３.３Ｖ和５.０Ｖ電平信號的轉(zhuǎn)換

在混合電壓系統(tǒng)中，不同電源電壓的邏輯器件互相接口時存在以下幾個問題：

第一，加到輸入和輸出引腳上允許的最大電壓限制問題。器件對加到輸入或者輸出腳上的電壓通常是有限制的。這些引腳有二極管或者分離元件接到Ｖｃｃ。如果接入的電壓過高，則電流將會通過二極管或者分離元件流向電源。例如在３．３Ｖ器件的輸入端加上５Ｖ的信號，則５Ｖ電源會向３．３Ｖ電源充電。持續(xù)的電流將會損壞二極管和其它電路元件。

第二，兩個電源間電流的互串問題。在等待或者掉電方式時，３．３Ｖ電源降落到０Ｖ，大電流將流通到地，這使得總線上的高電壓被下拉到地，這些情況將引起數(shù)據(jù)丟失和元件損壞。必須注意的是：不管在３．３Ｖ的工作狀態(tài)還是在０Ｖ的等待狀態(tài)都不允許電流流向Ｖｃｃ。

第三，接口輸入轉(zhuǎn)換門限問題。５Ｖ器件和３．３Ｖ器件的接口有很多情況，同樣ＴＴＬ和ＣＭＯＳ間的電平轉(zhuǎn)換也存在著不同情況。驅(qū)動器必須滿足接收器的輸入轉(zhuǎn)換電平，并且要有足夠的容限以保證不損壞電路元件。

基于上述情況，５Ｖ器件和３．３Ｖ器件是不能直接接口的。有些半導(dǎo)體器件制造廠家就推出了具有５Ｖ輸入容限的３．３Ｖ器件，這種器件輸入端具有ＥＳＤ保護電路。實際上數(shù)字電路的所有輸入端都有一個ＥＳＤ保護電路，傳統(tǒng)的ＣＭＯＳ電路通過接地二極管對負向高電壓限幅，正向高電壓則由二極管鉗位。這種電路的缺點是最大的輸入電壓被限制在３．３Ｖ＋０．５Ｖ（二極管壓降）以內(nèi)（否則電流將流向３．３Ｖ電源）。而大多數(shù)５Ｖ系統(tǒng)輸出端的電壓可達３．６Ｖ以上，因此采用了這種電路結(jié)構(gòu)的３．３Ｖ器件是不能與５Ｖ器件輸出端直接接口的。如果采用相當于快速齊納二極管的ＭＯＳ場效應(yīng)管代替上述鉗位二極管，實現(xiàn)對高電壓限幅，并且去掉接到Ｖｃｃ（３．３Ｖ）的二極管，那么最大輸入電壓不受Ｖｃｃ（３．３Ｖ）的限制。典型情況下，這種電路的擊穿電壓在７Ｖ～１０Ｖ之間。因此，這種改進后具有ＥＳＤ保護電路的３．３Ｖ系統(tǒng)的輸入端可以承受５Ｖ的輸入電壓。為了防止在３．３Ｖ器件的輸出端可能存在電流倒灌問題，還需要在輸出端加保護電路，當加到輸出端電壓高于Ｖｃｃ（３．３Ｖ）時，保護電路的比較器會斷開電流倒灌通路，這樣在三態(tài)方式時就能與５Ｖ器件相連。

分析各種邏輯電平信號的電特性（見表１），會發(fā)現(xiàn)有以下五種接口情況：

第一，相同供電電壓的ＴＴＬ器件驅(qū)動ＣＭＯＳ器件時，ＴＴＬ器件的輸出高電平可能達不到ＣＭＯＳ器件的輸入高電平的最小值。３．３ＶＴＴＬ器件的ＶＯＨ是２．４Ｖ，３．３ＶＣＭＯＳ器件的ＶＩＨ是０．８ＶＣＣ（３．３Ｖ×０．８＝２．６４Ｖ）；５．０ＶＴＴＬ器件的ＶＯＨ是２．４Ｖ，５．０ＶＣＭＯＳ器件的ＶＩＨ是０．７ＶＣＣ（３．５Ｖ）。為了可靠地傳輸數(shù)據(jù)，可以將ＴＴＬ器件的輸出端上拉。有些ＣＭＯＳ工藝制造的器件兼容ＴＴＬ電平，這樣就可以與相同供電電壓的ＴＴＬ器件直接接口，不需要上拉。

第二，相同供電電壓的ＣＭＯＳ器件驅(qū)動ＴＴＬ器件，電平匹配，數(shù)據(jù)能可靠地傳輸。

第三，不同供電電壓的ＴＴＬ器件驅(qū)動ＣＭＯＳ器件時，ＴＴＬ器件的輸出高電平也可能達不到ＣＭＯＳ器件的輸入高電平的最小值。３．３ＶＴＴＬ器件的ＶＯＨ是２．４Ｖ，５．０ＶＣＭＯＳ器件的ＶＩＨ是０．７ＶＣＣ（３．５Ｖ），電平不匹配；５．０ＶＴＴＬ器件的ＶＯＨ是２．４Ｖ，３．３ＶＣＭＯＳ器件的ＶＩＨ是０．８ＶＣＣ（２．６４Ｖ），可以將５．０ＶＴＴＬ器件的輸出端上拉，達到電平匹配的目的。

第四，不同供電電壓的ＣＭＯＳ器件驅(qū)動ＴＴＬ器件時，在輸入端具有５Ｖ容限的情況下，電平匹配，數(shù)據(jù)能可靠地傳輸。

第五，不同供電電壓的ＴＴＬ器件在輸入端具有５Ｖ容限的情況下可以直接接口；不同供電電壓的ＣＭＯＳ器件由于電平不匹配不能直接接口。

由以上分析可知，不同邏輯標準的電平信號一般是不能直接接口的。在只有少量信號需要電平轉(zhuǎn)換的情況下，可以考慮上拉電阻或選擇具有５Ｖ輸入容限的器件，甚至可以考慮電阻分壓降低輸入電壓的辦法。對于大量信號需要電平轉(zhuǎn)換的情況，為了可靠傳輸數(shù)據(jù)，可以采用雙電壓（一邊是３．３Ｖ，另一邊是５Ｖ）供電的雙向驅(qū)動器來實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。如仙童半導(dǎo)體公司的７４ＬＶＸ４２４５、ＴＩ公司的ＳＮ７４ＡＬＶＣ１６４２４５、ＳＮ７４ＡＬＶＣ４２４５
等芯片，可以較好地解決３．３Ｖ與５Ｖ電平的轉(zhuǎn)換問題。

４３.３Ｖ、５.０Ｖ電平信號與ＲＳ－２３２電平信號的轉(zhuǎn)換

在ＴＦＴ彩色液晶網(wǎng)絡(luò)終端系統(tǒng)中，ＩｎｔｅｌＰＸＡ２５５微處理器有３個與１６５５０標準兼容的ＵＡＲＴ端口，３．３ＶＣＭＯＳ邏輯結(jié)構(gòu)。終端外圍設(shè)備一般都遵守ＲＳ－２３２Ｃ標準的串口，因此必須進行ＥＩＡ－ＲＳ－２３２Ｃ與ＩｎｔｅｌＰＸＡ２５５電平和邏輯關(guān)系的轉(zhuǎn)換。實現(xiàn)這種變換的方法很多，可用分離元件，也可用集成電路。目前較為廣泛地使用集成電路轉(zhuǎn)換器件，如ＭＣ１４８８、ＳＮ７５１５０等芯片可完成ＴＴＬ電平到串口電平的轉(zhuǎn)換。ＭＣ１４８９、ＳＮ７５１５４可實現(xiàn)串口電平到ＴＴＬ電平的轉(zhuǎn)換。ＭＡＸ２３２／ＭＡＸ２３２Ａ、ＭＡＸ３２２１／ＭＡＸ３２２３等芯片可完成多路３Ｖ～５Ｖ電平與串口電平的雙向轉(zhuǎn)換。在ＴＦＴ彩色液晶網(wǎng)絡(luò)終端系統(tǒng)中，串口多達８路，從價格和電路的復(fù)雜性等方面考慮，選用Ｉｎｔｅｌｓｉｌ公司的ＨＩＮ２３２。ＨＩＮ２３２的供電電壓是５．０Ｖ，它的接收模塊的輸出管腳、發(fā)送模塊的輸入管腳的邏輯電平與ＴＴＬ／ＣＭＯＳ兼容。

５３.３Ｖ電平信號與ＬＶＤＳ信號的轉(zhuǎn)換

ＩｎｔｅｌＰＸＡ２５５微處理器的ＬＣＤ控制模塊提供１６位顯示數(shù)據(jù)，行、場同步信號，象素時鐘，輸出使能信號。在ＴＦＴ顯示模式下，紅色５位，綠色６位，藍色５位。這些信號都是３．３ＶＣＭＯＳ電平。國家半導(dǎo)體公司推出的ＤＳ９０Ｃ３８５發(fā)送器，專用于將ＬＶＴＴＬ和ＬＶＣＭＯＳ信號轉(zhuǎn)換為ＬＶＤＳ數(shù)據(jù)流。在選用轉(zhuǎn)換芯片時，一定要注意轉(zhuǎn)換速率是否滿足系統(tǒng)需要。

在今后的數(shù)字邏輯系統(tǒng)的設(shè)計中，會經(jīng)常遇到混合邏輯電平的接口問題。只要深入理解各種邏輯電平的電特性，同時注意一些具體問題，例如轉(zhuǎn)換速率等，就能設(shè)計出正確的接口電路，保證數(shù)據(jù)可靠傳輸。