電路設(shè)計(jì)中最常用的7個(gè)接口類型
發(fā)布時(shí)間:2018-12-21 責(zé)任編輯:xueqi
【導(dǎo)讀】在電路系統(tǒng)的各個(gè)子模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)可能會(huì)存在一些問題導(dǎo)致信號無法正常、高質(zhì)量地“流通”,例如有時(shí)電路子模塊各自的工作時(shí)序有偏差(如CPU與外設(shè))或者各自的信號類型不一致(如傳感器檢測光信號)等,這時(shí)我們應(yīng)該考慮通過相應(yīng)的接口方式來很好地處理這個(gè)問題。下面就電路設(shè)計(jì)中7個(gè)常用的接口類型的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行說明一下。
1 TTL電平接口
這個(gè)接口類型基本是老生常談的吧,從上大學(xué)學(xué)習(xí)模擬電路、數(shù)字電路開始,對于一般的電路設(shè)計(jì),TTL電平接口基本就脫不了“干系”!它的速度一般限制在30MHz以內(nèi),這是由于BJT的輸入端存在幾個(gè)pF的輸入電容的緣故(構(gòu)成一個(gè)LPF),輸入信號超過一定頻率的話,信號就將“丟失”。它的驅(qū)動(dòng)能力一般最大為幾十個(gè)毫安。正常工作的信號電壓一般較高,要是把它和信號電壓較低的ECL電路接近時(shí)會(huì)產(chǎn)生比較明顯的串?dāng)_問題。
2 CMOS電平接口
我們對它也不陌生,也是經(jīng)常和它打交道了,一些關(guān)于CMOS的半導(dǎo)體特性在這里就不必啰嗦了。許多人都知道的是,正常情況下CMOS的功耗和抗干擾能力遠(yuǎn)優(yōu)于TTL。但是!鮮為人知的是,在高轉(zhuǎn)換頻率時(shí),CMOS系列實(shí)際上卻比TTL消耗更多的功率,至于為什么是這樣,請去問半導(dǎo)體物理理論吧。由于CMOS的工作電壓目前已經(jīng)可以很小了,有的FPGA內(nèi)核工作電壓甚至接近1.5V,這樣就使得電平之間的噪聲容限比TTL小了很多,因此更加加重了由于電壓波動(dòng)而引發(fā)的信號判斷錯(cuò)誤。眾所周知,CMOS電路的輸入阻抗是很高的,因此,它的耦合電容容量可以很小,而不需要使用大的電解電容器了。由于CMOS電路通常驅(qū)動(dòng)能力較弱,所以必須先進(jìn)行TTL轉(zhuǎn)換后再驅(qū)動(dòng)ECL電路。此外,設(shè)計(jì)CMOS接口電路時(shí),要注意避免容性負(fù)載過重,否則的話會(huì)使得上升時(shí)間變慢,而且驅(qū)動(dòng)器件的功耗也將增加(因?yàn)槿菪载?fù)載并不耗費(fèi)功率)。
3 ECL電平接口
這可是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的老朋友啊!因?yàn)樗乃俣?ldquo;跑”得夠快,甚至可以跑到幾百M(fèi)Hz!這是由于ECL內(nèi)部的BJT在導(dǎo)通時(shí)并沒有處于飽和狀態(tài),這樣就可以減少BJT的導(dǎo)通和截止時(shí)間,工作速度自然也就可以提上去了。But,這是要付出代價(jià)的!它的致命傷:功耗較大!它引發(fā)的EMI問題也就值得考慮了,抗干擾能力也就好不到哪去了,要是誰能夠折中好這兩點(diǎn)因素的話,那么他(她)就該發(fā)大財(cái)了。還有要注意的是,一般ECL集成電路是需要負(fù)電源供電的,也就是說它的輸出電壓為負(fù)值,這時(shí)就需要專門的電平移動(dòng)電路了。
4 RS-232電平接口
玩電子技術(shù)的基本沒有誰不知道它的了(除非他或她只是電子技術(shù)專業(yè)的“門外漢”)。它是低速串行通信接口標(biāo)準(zhǔn),要注意的是,它的電平標(biāo)準(zhǔn)有點(diǎn)“反常”:高電平為-12V,而低電平為+12V。So,當(dāng)我們試圖通過計(jì)算機(jī)與外設(shè)進(jìn)行通信時(shí),一個(gè)電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232自然是少不了的了。但是我們得清醒地意識到它的一些缺點(diǎn),例如數(shù)據(jù)傳輸速度還是比較慢、傳輸距離也較短等。
5 差分平衡電平接口
它是用一對接線端A和B的相對輸出電壓(uA-uB)來表示信號的,一般情況下,這個(gè)差分信號會(huì)在信號傳輸時(shí)經(jīng)過一個(gè)復(fù)雜的噪聲環(huán)境,導(dǎo)致兩根線上都產(chǎn)生基本上相同數(shù)量的噪聲,而在接收端將會(huì)把噪聲的能量給抵消掉,因此它能夠?qū)崿F(xiàn)較遠(yuǎn)距離、較高速率的傳輸。工業(yè)上常用的RS-485接口采用的就是差分傳輸方式,它具有很好的抗共模干擾能力。
6 光隔離接口
光電耦合是以光信號為媒介來實(shí)現(xiàn)電信號的耦合和傳遞的,它的“好處”就是能夠?qū)崿F(xiàn)電氣隔離,因此它有出色的抗干擾能力。在電路工作頻率很高的條件下,基本只有高速的光電隔離接口電路才能滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰S袝r(shí)為了實(shí)現(xiàn)高電壓和大電流的控制,我們必須設(shè)計(jì)和使用光隔離接口電路來連接如上所述的這些低電平、小電流的TTL或CMOS電路,因?yàn)楣飧綦x接口的輸入回路和輸出回路之間可以承受幾千伏特的高壓,足以滿足一般的應(yīng)用了。此外,光隔離接口的輸入部分和輸出部分必須分別采用獨(dú)立的電源,否則的話還是有電氣聯(lián)系,也就不叫隔離了。
7 線圈耦合接口
它的電氣隔離特性好,但是允許的信號帶寬有限。例如變壓器耦合,它的功率傳輸效率是非常高的,輸出功率基本接近其輸入功率,因此,對于一個(gè)升壓變壓器來說,它可以有較高的輸出電壓,但是卻只能給出較低的電流。此外,變壓器的高頻和低頻特性并不讓人樂觀,但是它的最大特點(diǎn)就是可以實(shí)現(xiàn)阻抗變換,當(dāng)匹配得當(dāng)時(shí),負(fù)載可以獲得足夠大的功率,因此,變壓器耦合接口在功率放大電路設(shè)計(jì)中很“吃香”。
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