电平转换电路设计容易出现的问题

只看该作者 · 2012-6-8 16:24

近年来，半导体制造工艺的不断进步发展，为便携式电子工业产品的广泛应用提供了动力和保证，便携式设备要求使用体积小，功耗低，电池耗电小的器件，因低电压器件的成本比传统5V器件更低，功耗更小，性能更优，加上多数器件的I/O脚可以兼容5V/3.3vTTL电平，可以直接使用在原有的系统中，所以各大半导体公司都将3.3,2.5v等低电平集成电路作为推广重点。但是，目前市场上仍有许多5V电源的逻辑器件和数字器件，因此在许多设计中3.3V(含3V)逻辑系统和5V逻辑系统共存,而且不同的电源电压在同一电路板中混用,随着更低电压标准的引进,不同电源电压和不同逻辑电平器件间的接口问题将在很长一段时间内存在.MSP430系列单片机的供电电压在1.8~3.6V这间,因此在使用它的过程中不可避免要碰到不同电压,电平的接口问题.
在混合电压系统中,不同的电源电压的逻辑器件相互连接时会存在以下三个主要问题:
1:加到输入和输出引脚上的最大允许电压限制问题;
器件对加到输入或者输出脚上的电压通常是有限制的.这些引脚有二极管或者分离元件接到Vcc。如果接入的电压过高，则电流将会通过二极管或者分离元件流向电源。例如在3.3V器件的输入端加上5V的信号,则5V电源会向3.3V电源充电,持续的电流将会损坏二极管和其他电路元件.
2:两个电源间电流的互串问题
在等待或者掉电方式时,3.3V电源降落到0V,大电流将流通到地,这使得总线上的高电压被下拉到地,这些情况将引起数据丢失和元件损坏.必须注意:不管在3.3V的工作状态还是在0V的等待状态下都不允许电流流向Vcc.
3:必须满足输入转换门限电平的问题.
用5V的器器件来驱动3.3V的器件有很多不同的情况,同样TTL和CMOS间的转换电平也存在着不同的情况.驱动器必须满足接收器的输入转换电平,并且要有足够的容限以保证不损坏电路元件.

1万 · 2012-6-9 11:48

各种的转换都有其一定的标准。MSP430系列的供电电压为1.8V~3.6V,通常取典型电压为3.3V.学习了

只看该作者 · 2012-6-10 10:29

在实际电路设计中，一个电路中会有不同的电平信号。方案一：使用光耦进行电平转换首先要根据要处理的信号的频率来选择合适的光耦。高频(20K~1MHz)可以用高速带放大整形的光藕，如6N137/TLP113/TLP2630/4N25等。如果是20KHz以下可用TLP521。然后搭建转换电路。如将3.3V信号转换为5V信号。电路如下图：

CP是3.3V的高速信号，通过高速光耦6N137转换成5V信号。如果CP接入的是5V的信号 VCC=3.3V，则该电路是将5V信号转换成3.3V信号。优点：电路搭建简单，可以调制出良好的波形，另外光耦还有隔离作用。缺点：对输入信号的频率有一定的限制。

只看该作者 · 2012-6-10 10:29

本帖最后由 tianli1980 于 2012-6-10 11:03 编辑

方案二：使用三极管搭建转换电路
三极管的开关频率很高，一般都是几百兆赫兹，但是与方案一相比，电路搭建相对麻烦，而且输出的波形也没有方案一的好。
电路如下图：

         其中C1为加速电容，R1为基极限流电阻，R2为集电极上拉电阻，R3将输入端下拉到地，保证在没有输入的情况下，输出端能稳定输出高电平。同时在三极管截止时给基区过量的电荷提供泄放回路缩短三极管的退饱和时间。
         优点：开关频率高，在不要求隔离，考虑性价比的情况下，此电路是很好的选择。
         缺点：输出波形不是很良好。

只看该作者 · 2012-6-10 10:31

本帖最后由 tianli1980 于 2012-6-10 11:03 编辑

方案三：电阻分压

   这里分析TTL电平和COMS电平的转换。首先看一下TTL电平和CMOS电平的区别。
         TTL电平：
         输出高电平>2.4V,输出低电平<0.4V。在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平是0.2。最小输入高电平>=2.0V,输入低电平<=0.8,噪声容限是0.4V。
         CMOS电平：
         1逻辑电平电压接近于电源电压，0逻辑电平接近于0V。而且有很宽的噪声容限。
      下面的电路是将5V的TTL电平转换成3V的TTL电平

      不考虑5V器件输出内阻以及3V器件输入内阻, VL=R2*VS/(R2+R1) ，选择合适的R1和R2,使得电压匹配。
      优点：电路实现简单。
      缺点：电路不稳定，容易受负载的影响。

只看该作者 · 2012-6-10 10:31

方案四：使用集成芯片

            74系列的芯片都比较熟悉了，LS系列是TTL电平，HC系列是CMOS电平，HCT是兼容TTL电平和CMOS电平。

      74HCT244 8总线驱动器，输入为TTL电平，输出为COMS电平。可以转换8路电平。

   SN7cALVC164245转换芯片输入3.3V，输出5V。