现在常用的电平标准有TTLCMOSLVTTLLVCMOSECLPECLWord下载.docx
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3.3V;
=0.4V;
2.5VLVTTL:
2.5V;
=2.0V;
=0.2V;
=1.7V;
=0.7V。
更低的LVTTL不常用就先不讲了。
多用在处理器等高速芯片,使用时查看芯片手册就OK了。
TTL使用注意:
TTL电平一般过冲都会比较严重,可能在始端串22欧或33欧电阻;
TTL电平输入脚悬空时是内部认为是高电平。
要下拉的话应用1k以下电阻下拉。
TTL输出不能驱动CMOS输入。
CMOS:
ComplementaryMetalOxideSemiconductor
PMOS+NMOS。
=4.45V;
=3.5V;
=1.5V。
相对TTL有了更大的噪声容限,输入阻抗远大于TTL输入阻抗。
对应3.3VLVTTL,出现了LVCMOS,可以与3.3V的LVTTL直接相互驱动。
3.3VLVCMOS:
=3.2V;
=0.1V;
2.5VLVCMOS:
CMOS使用注意:
CMOS结构内部寄生有可控硅结构,当输入或输入管脚高于VCC一定值(比如一些芯片是0.7V)时,电流足够大的话,可能引起闩锁效应,导致芯片的烧毁。
ECL:
EmitterCoupledLogic发射极耦合逻辑电路(差分结构)
Vcc=0V;
Vee:
-5.2V;
VOH=-0.88V;
VOL=-1.72V;
VIH=-1.24V;
VIL=-1.36V。
速度快,驱动能力强,噪声小,很容易达到几百M的应用。
但是功耗大,需要负电源。
为简化电源,出现了PECL(ECL结构,改用正电压供电)和LVPECL。
PECL:
Pseudo/PositiveECL
Vcc=5V;
VOH=4.12V;
VOL=3.28V;
VIH=3.78V;
VIL=3.64V
LVPELC:
LowVoltagePECL
Vcc=3.3V;
VOH=2.42V;
VOL=1.58V;
VIH=2.06V;
VIL=1.94V
ECL、PECL、LVPECL使用注意:
不同电平不能直接驱动。
中间可用交流耦合、电阻网络或专用芯片进行转换。
以上三种均为射随输出结构,必须有电阻拉到一个直流偏置电压。
(如多用于时钟的LVPECL:
直流匹配时用130欧上拉,同时用82欧下拉;
交流匹配时用82欧上拉,同时用130欧下拉。
但两种方式工作后直流电平都在1.95V左右。
)
前面的电平标准摆幅都比较大,为降低电磁辐射,同时提高开关速度又推出LVDS电平标准。
LVDS:
LowVoltageDifferentialSignaling
差分对输入输出,内部有一个恒流源3.5-4mA,在差分线上改变方向来表示0和1。
通过外部的100欧匹配电阻(并在差分线上靠近接收端)转换为±
350mV的差分电平。
LVDS使用注意:
可以达到600M以上,PCB要求较高,差分线要求严格等长,差最好不超过10mil(0.25mm)。
100欧电阻离接收端距离不能超过500mil,最好控制在300mil以内。
下面的电平用的可能不是很多,篇幅关系,只简单做一下介绍。
如果感兴趣的话可以联系我。
CML:
是内部做好匹配的一种电路,不需再进行匹配。
三极管结构,也是差分线,速度能达到3G以上。
只能点对点传输。
GTL:
类似CMOS的一种结构,输入为比较器结构,比较器一端接参考电平,另一端接输入信号。
1.2V电源供电。
Vcc=1.2V;
=1.1V;
=0.85V;
=0.75V
PGTL/GTL+:
Vcc=1.5V;
=1.4V;
=0.46V;
=1.2V;
=0.8V
HSTL是主要用于QDR存储器的一种电平标准:
一般有V&
not;
CCIO=1.8V和V&
&
CCIO=1.5V。
和上面的GTL相似,输入为输入为比较器结构,比较器一端接参考电平(VCCIO/2),另一端接输入信号。
对参考电平要求比较高(1%精度)。
SSTL主要用于DDR存储器。
和HSTL基本相同。
V&
CCIO=2.5V,输入为输入为比较器结构,比较器一端接参考电平1.25V,另一端接输入信号。
HSTL和SSTL大多用在300M以下。
RS232和RS485基本和大家比较熟了,只简单提一下:
RS232采用±
12-15V供电,我们电脑后面的串口即为RS232标准。
+12V表示0,-12V表示1。
可以用MAX3232等专用芯片转换,也可以用两个三极管加一些外围电路进行反相和电压匹配。
RS485是一种差分结构,相对RS232有更高的抗干扰能力。
传输距离可以达到上千米。
[H1]几种常用逻辑电平电路的特点及应用[/H1]
发布:
2007-7-2600:
55|作者:
华南农业大学 代芬 漆海霞 俞龙|来源:
单片机及嵌入式系统应用|查看:
4次
引言
在通用的电子器件设备中,TTL和CMOS电路的应用非常广泛。
但是面对现在系统日益复杂,传输的数据量越来越大,实时性要求越来越高,传输距离越来越长的发展趋势,掌握高速数据传输的逻辑电平知识和设计能力就显得更加迫切了。
1几种常用高速逻辑电平
1.1LVDS电平
LVDS(LowVoltageDifferentialSignal)即低电压差分信号,LVDS接口又称RS644总线接口,是20世纪90年代才出现的一种数据传输和接口技术。
LVDS的典型工作原理如图1所示。
最基本的LVDS器件就是LVDS驱动器和接收器。
LVDS的驱动器由驱动差分线对的电流源组成,电流通常为3.5mA。
LVDS接收器具有很高的输入阻抗,因此驱动器输出的大部分电流都流过100Ω的匹配电阻,并在接收器的输入端产生大约350mV的电压。
当驱动器翻转时,它改变流经电阻的电流方向,因此产生有效的逻辑“1”和逻辑“0”状态。
LVDS技术在两个标准中被定义:
ANSI/TIA/EIA644(1995年11月通过)和IEEEP1596.3(1996年3月通过)。
这两个标准中都着重定义了LVDS的电特性,包括:
①低摆幅(约为350mV)。
低电流驱动模式意味着可实现高速传输。
ANSI/TIA/EIA644建议了655Mb/s的最大速率和1.923Gb/s的无失真通道上的理论极限速率。
②低压摆幅。
恒流源电流驱动,把输出电流限制到约为3.5mA左右,使跳变期间的尖峰干扰最小,因而产生的功耗非常小。
这允许集成电路密度的进一步提高,即提高了PCB板的效能,减少了成本。
③具有相对较慢的边缘速率(dV/dt约为0.300V/0.3ns,即为1V/ns),同时采用差分传输形式,使其信号噪声和EMI都大为减少,同时也具有较强的抗干扰能力。
所以,LVDS具有高速、超低功耗、低噪声和低成本的优良特性。
LVDS的应用模式可以有四种形式:
①单向点对点(pointtopoint),这是典型的应用模式。
②双向点对点(pointtopoint),能通过一对双绞线实现双向的半双工通信。
可以由标准的LVDS的驱动器和接收器构成;
但更好的办法是采用总线LVDS驱动器,即BLVDS,这是为总线两端都接负载而设计的。
③多分支形式(multidrop),即一个驱动器连接多个接收器。
当有相同的数据要传给多个负载时,可以采用这种应用形式。
④多点结构(multipoint)。
此时多点总线支持多个驱动器,也可以采用BLVDS驱动器。
它可以提供双向的半双工通信,但是在任一时刻,只能有一个驱动器工作。
因而发送的优先权和总线的仲裁协议都需要依据不同的应用场合,选用不同的软件协议和硬件方案。
为了支持LVDS的多点应用,即多分支结构和多点结构,2001年新推出的多点低压差分信号(MLVDS)国际标准ANSI/TIA/EIA8992001,规定了用于多分支结构和多点结构的MLVDS器件的标准,目前已有一些MLVDS器件面世。
LVDS技术的应用领域也日渐普遍。
在高速系统内部、系统背板互连和电缆传输应用中,驱动器、接收器、收发器、并串转换器/串并转换器以及其他LVDS器件的应用正日益广泛。
接口芯片供应商正推进LVDS作为下一代基础设施的基本构造模块,以支持手机基站、中心局交换设备以及网络主机和计算机、工作站之间的互连。
1.2ECL电平
ECL(EmitterCoupledLogic)即射极耦合逻辑,是带有射随输出结构的典型输入输出接口电路,如图2所示。
ECL电路的最大特点是其基本门电路工作在非饱和状态,因此ECL又称为非饱和性逻辑。
也正因为如此,ECL电路的最大优点是具有相当高的速度。
这种电路的平均延迟时间可达几个ns数量级甚至更少。
传统的ECL以VCC为零电压,VEE为-5.2V电源,VOH=VCC-0.9V=-0.9V,VOL=VCC-1.7V=-1.7V,所以ECL电路的逻辑摆幅较小(仅约0.8V)。
当电路从一种状态过渡到另一种状态时,对寄生电容的充放电时间将减少,这也是ECL电路具有高开关速度的重要原因。
另外,ECL电路是由一个差分对管和一对射随器组成的,所以输入阻抗大,输出阻抗小,驱动能力强,信号检测能力高,差分输出,抗共模干扰能力强;
但是由于单元门的开关管对是轮流导通的,对整个电路来讲没有“截止”状态,所以电路的功耗较大。
如果省掉ECL电路中的负电源,采用正电源的系统(+5V),可将VCC接到正电源而VEE接到零点。
这样的电平通常被称为PECL(PositiveEmitterCoupledLogic)。
如果采用+3.3V供电,则称为LVPECL。
当然,此时高低电平的定义也是不同的。
它的电路如图3、4所示。
其中,输出射随器工作在正电源范围内,其电流始终存在。
这样有利于提高开关速度,而且标准的输出负载是接50Ω至VCC-2V的电平上。
在使用PECL电路时要注意加电源去耦电路,以免受噪声的干扰。
输出采用交流耦合还是直流耦合,对负载网络的形式将会提出不同的需求。
直流耦合的接口电路有两种工作模式:
其一,对应于近距离传送的情况,采用发送端加到地偏置电阻,接收端加端接电阻模式;
其二,对应于较远距离传送的情况,采用接收端通过电阻对提供截止电平VTT和50Ω的匹配负载的模式。
以上都有标准的工作模式可供参考,不必赘述。
对于交流耦合的接口电路,也有一种标准工作模式,即发送端加到地偏置电