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數(shù)字電路電平標(biāo)準(zhǔn)全解析

FPGA之家 ? 來源:FPGA之家 ? 作者:FPGA之家 ? 2020-11-29 11:17 ? 次閱讀


輸入:VIH>3.5V,VIL<1.5V。 可以看出TTL電平的噪聲容限為0.4V,CMOS的噪聲容限為1.5V。 TTL和CMOS門電路結(jié)構(gòu):

如圖TTL門結(jié)構(gòu),輸出級采用推挽式輸出結(jié)構(gòu),T4為射極跟隨的形式,輸出電阻小,帶負(fù)載能力強(qiáng)。

如圖CMOS門結(jié)構(gòu)。

3.3V LVCMOS:Vcc:3.3V;VOH>=3.2V;VOL<=0.1V;VIH>=2.0V;VIL<=0.7V。2.5V LVCMOS:Vcc:2.5V;VOH>=2V;VOL<=0.1V;VIH>=1.7V;VIL<=0.7V。二、高速電平標(biāo)準(zhǔn)在高速電路中如何實(shí)現(xiàn)高速驅(qū)動輸出呢?要么增大驅(qū)動電流,要么降低電平標(biāo)準(zhǔn),或者提高晶體管工作速度。顯然前者會帶來非常大的功耗,因此改變電平標(biāo)準(zhǔn)和改進(jìn)晶體管設(shè)計成為選擇,雖然低電平更容易受到干擾,所以需要更嚴(yán)格的硬件設(shè)計。1、ECL和PECL電平接口ECL即射極耦合邏輯(Emitter Coupled Logic)采用的是差分結(jié)構(gòu)輸出,并需要負(fù)電源供電。后來發(fā)展處PECL,即正電源射極耦合邏輯。基本原理就是利用晶體管工作在非飽和區(qū)來減小轉(zhuǎn)換時間,大大提高轉(zhuǎn)換速度。

ECL的輸出管始終有電流通過,非常有利于高速轉(zhuǎn)換。輸出阻抗幾歐姆,輸出電流10mA左右,驅(qū)動能力強(qiáng)。 接口連接:直流耦合,適用于短距離

這個匹配方式由等效而來,具體阻值計算:

接口連接:交流耦合,適用于較遠(yuǎn)距離

2、LVDS電平接口LVDS即Low-Voltage Differential Signaling,是一種利用低壓差分信號傳輸高速信號的電平標(biāo)準(zhǔn)。特點(diǎn)是:低壓,低功耗,噪聲抑制能力強(qiáng)。

如圖LVDS的輸入和輸出規(guī)格

LVDS的連接方式:直接連接,因?yàn)槠瑑?nèi)具有端接電阻。

三、CML電平接口CML即電流模式邏輯電平,采用恒流驅(qū)動,內(nèi)置匹配電阻,使用簡單,短距離高速應(yīng)用中最多。

下圖是幾種高速接口的性能簡單比較:

四、常用普通電平標(biāo)準(zhǔn)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用最多的應(yīng)該是485 232的電平標(biāo)準(zhǔn),兩者各有優(yōu)缺點(diǎn),成本低,使用也比較簡單,但是依然有很多技術(shù)要點(diǎn)可以討論,譬如傳輸速度,距離,防護(hù)設(shè)計等等。

RS232RS485的連接問題:工作中了解到不少同學(xué)對于232或者485的連接一直有些迷糊,關(guān)于信號的收發(fā)端定義及公母頭連接,一開始我也是經(jīng)常摸不著頭腦。以收發(fā)地三線為主。 標(biāo)準(zhǔn)的232是DB9接頭:

簡記為:235-收發(fā)地。 485如何利用DB9連接: 485的兩根線對應(yīng)DB9頭的1,2腳。 232和485與MCU的連接:

四、小結(jié)關(guān)于數(shù)字電平的標(biāo)準(zhǔn)主要就這么幾種,這些都是在硬件層面的定義,在軟件上對應(yīng)的就有各種協(xié)議通訊方式的規(guī)定。關(guān)于接口設(shè)計確實(shí)是電路設(shè)計中的重點(diǎn),尤其是在目前的高速數(shù)字通訊應(yīng)用當(dāng)中,我覺得主要有幾個要掌握的方面: 1、信號電平的應(yīng)用電路,也就是基本結(jié)構(gòu)要清晰。 2、防護(hù)設(shè)計問題要考慮周全,不同接口對于負(fù)載對于匹配度的要求都不一樣。 3、PCB設(shè)計的重要性,在高速設(shè)計中很多都采用EDA軟件仿真的方式來協(xié)助查找關(guān)于干擾的問題,但是首要的還是要嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)則和規(guī)范來設(shè)計。 4、實(shí)驗(yàn)的必要性。尤其是接口的干擾問題,盡可能全面的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計是盡快解決問題的最佳路徑之一。 總之,理論基礎(chǔ)要有,設(shè)計考慮要到,測試實(shí)驗(yàn)要全,如此,結(jié)果可能才好!

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原文標(biāo)題:數(shù)字電路電平標(biāo)準(zhǔn)全解析

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