《FPGA全程進階---實戰演練》第二十一章之 幾種常用電平分析及特性

来源:http://www.cnblogs.com/raymon-tec/archive/2016/02/13/5188244.html
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TTL,CMOS以及LVTTL,LVCMOS TTL和CMOS是數字電路中兩種常見的邏輯電平,LVTTL和LVCMOS是兩者低電平版本。TTL是流控器件,輸入電阻小,TTL電平器件速度快,驅動能力大,但功耗大。CMOS是MOS管邏輯,為壓控器件,且輸入電阻極大,CMOS電平器件速度慢,驅動能力不足T


TTL,CMOS以及LVTTL,LVCMOS

  TTL和CMOS是數字電路中兩種常見的邏輯電平,LVTTL和LVCMOS是兩者低電平版本。TTL是流控器件,輸入電阻小,TTL電平器件速度快,驅動能力大,但功耗大。CMOS是MOS管邏輯,為壓控器件,且輸入電阻極大,CMOS電平器件速度慢,驅動能力不足TTL,但功耗小。正是由於CMOS器件輸入阻抗很大,外界微小的干擾就有可能引起電平的翻轉,所以CMOS器件上未使用的輸入引腳應做上下拉處理,不能浮空。

  由於TTL和CMOS電平在0或1時不一樣,所以需要滿足VOH(發送方) > VIH(接收方),且提供一定的雜訊容限,發送方VOL小於接收方VIL,且提供一定的雜訊容限。

  高邏輯電平驅動低邏輯電平時,可串聯50~330Ω電阻進行電平的轉換。其中JTAG就是一個例子,在使用Cyclone III代晶元時,JTAG為2.5V電平,而Cyclone III是3.3V電平,使用時需要串接電阻,以實現電平的轉換。串聯電阻有時對於驅動能力較強的元器件如74LVT系列,為了消除信號振鈴,可以串聯電阻消除信號振鈴現象。

  與驅動能力相關的兩個名詞:拉電流與灌電流。

  拉電流:拉電流是指電流方向為負,電流流出器件,稱為拉電流,比如IOH;

  灌電流:灌電流指的是電流方向為正,電流流入器件,稱為灌電流,比如IOL;

  Bipolar工藝的器件,特點是速度高,驅動能力強,但功耗大;CMOS工藝的器件,驅動能力和速度較Bipolar弱,但其集成度高,功耗低;而BiCMOS兼有Bipolar和CMOS的優勢。

CMOS和TTL不適合高速電路原因

  1)電平幅度較大,即使是低電平版本,擺幅也到了3.3V或2.5V,因此信號變化沿所耗費的時間越長,不適合於傳輸頻率達到200MHz以上的信號。

  2)輸出信號為單端。在傳輸路徑上易受到干擾,不利於遠距離的傳輸

  3)功耗較大。

器件手冊需要瞭解到的知識

  作為硬體工程師,每天都需要與各種電子元器件的手冊打交道,那麼對於手冊上的一些參數值是我們往往需要關心的。在選擇器件時,往往根據這些器件的參數值進行篩選,就可以選擇到合適的晶元。

  1) Features:一般我們在查看手冊時,手冊第一頁就會有關於此器件的Features,這是我們需要關心的,通過此Features我們就可以除去一部分不適合的晶元。

  2) Absolute Maximum Ratings:這一部分是我們常常需要留心的,器件極限參數值。其中有些參數必須要理解:

    1】 Vcc:電源電壓。第一,確保上電和下電時電源電壓的過沖小於極限值;第二,正常工作

電源電壓加上紋波電壓的最大值要小於極限值。

    2】 VI:輸入信號電平,要求輸入信號的上升沿和下降沿的過沖不能超過一定的值。

    3】 VO:輸出信號電平,一般會看到 -0.5V (min),Vcc + 0.5V(max)其中Vcc應為器件正常工作時的電壓,而不是最大電壓值。

    4】IIK:輸入鉗位電流,指工作電壓超出正常值之外時,允許流入器件輸入端的最大電流。

    5】IOK:輸出鉗位電流,指工作電壓超出正常值之外時,允許流入器件輸出端的最大電流。

  3) Electrical Characteristics:這一部分是我們常常需要留心的,器件電氣參數值。其中有些參數必須要理解:

  II :器件正常工作時流入(輸入信號為高電平)或工作時流出(輸入信號為低電平)輸入埠的電流。CMOS工藝的邏輯器件屬於壓控型,輸入電流很小,通過器件參數II與Icc可以判斷該器件的工藝類型為CMOS,還是TTL工藝。

  CI :輸入電容,指邏輯器件輸入埠的寄生電容,在電路設計時可以視為驅動能力的指標。如Cypress CY2305器件資料中,定義CL參數為30pF,即該器件輸出引腳的容性負載能力是30pF,對於74LVC125A器件的CI 為5pF,所以一個CY2305最多可以帶動6個74LVC125A器件。


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