《FPGA全程进阶---实战演练》第二十一章之 几种常用电平分析及特性

来源:互联网 时间:2016-02-13

TTL,CMOS以及LVTTL,LVCMOS

  TTL和CMOS是数字电路中两种常见的逻辑电平,LVTTL和LVCMOS是两者低电平版本。TTL是流控器件,输入电阻小,TTL电平器件速度快,驱动能力大,但功耗大。CMOS是MOS管逻辑,为压控器件,且输入电阻极大,CMOS电平器件速度慢,驱动能力不足TTL,但功耗小。正是由于CMOS器件输入阻抗很大,外界微小的干扰就有可能引起电平的翻转,所以CMOS器件上未使用的输入引脚应做上下拉处理,不能浮空。

  由于TTL和CMOS电平在0或1时不一样,所以需要满足VOH(发送方) > VIH(接收方),且提供一定的噪声容限,发送方VOL小于接收方VIL,且提供一定的噪声容限。

  高逻辑电平驱动低逻辑电平时,可串联50~330Ω电阻进行电平的转换。其中JTAG就是一个例子,在使用Cyclone III代芯片时,JTAG为2.5V电平,而Cyclone III是3.3V电平,使用时需要串接电阻,以实现电平的转换。串联电阻有时对于驱动能力较强的元器件如74LVT系列,为了消除信号振铃,可以串联电阻消除信号振铃现象。

  与驱动能力相关的两个名词:拉电流与灌电流。

  拉电流:拉电流是指电流方向为负,电流流出器件,称为拉电流,比如IOH;

  灌电流:灌电流指的是电流方向为正,电流流入器件,称为灌电流,比如IOL;

  Bipolar工艺的器件,特点是速度高,驱动能力强,但功耗大;CMOS工艺的器件,驱动能力和速度较Bipolar弱,但其集成度高,功耗低;而BiCMOS兼有Bipolar和CMOS的优势。

CMOS和TTL不适合高速电路原因

  1)电平幅度较大,即使是低电平版本,摆幅也到了3.3V或2.5V,因此信号变化沿所耗费的时间越长,不适合于传输频率达到200MHz以上的信号。

  2)输出信号为单端。在传输路径上易受到干扰,不利于远距离的传输

  3)功耗较大。

器件手册需要了解到的知识

  作为硬件工程师,每天都需要与各种电子元器件的手册打交道,那么对于手册上的一些参数值是我们往往需要关心的。在选择器件时,往往根据这些器件的参数值进行筛选,就可以选择到合适的芯片。

  1) Features:一般我们在查看手册时,手册第一页就会有关于此器件的Features,这是我们需要关心的,通过此Features我们就可以除去一部分不适合的芯片。

  2) Absolute Maximum Ratings:这一部分是我们常常需要留心的,器件极限参数值。其中有些参数必须要理解:

    1】 Vcc:电源电压。第一,确保上电和下电时电源电压的过冲小于极限值;第二,正常工作

电源电压加上纹波电压的最大值要小于极限值。

    2】 VI:输入信号电平,要求输入信号的上升沿和下降沿的过冲不能超过一定的值。

    3】 VO:输出信号电平,一般会看到 -0.5V (min),Vcc + 0.5V(max)其中Vcc应为器件正常工作时的电压,而不是最大电压值。

    4】IIK:输入钳位电流,指工作电压超出正常值之外时,允许流入器件输入端的最大电流。

    5】IOK:输出钳位电流,指工作电压超出正常值之外时,允许流入器件输出端的最大电流。

  3) Electrical Characteristics:这一部分是我们常常需要留心的,器件电气参数值。其中有些参数必须要理解:

  II :器件正常工作时流入(输入信号为高电平)或工作时流出(输入信号为低电平)输入端口的电流。CMOS工艺的逻辑器件属于压控型,输入电流很小,通过器件参数II与Icc可以判断该器件的工艺类型为CMOS,还是TTL工艺。

  CI :输入电容,指逻辑器件输入端口的寄生电容,在电路设计时可以视为驱动能力的指标。如Cypress CY2305器件资料中,定义CL参数为30pF,即该器件输出引脚的容性负载能力是30pF,对于74LVC125A器件的CI 为5pF,所以一个CY2305最多可以带动6个74LVC125A器件。

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