電路設(shè)計中7個常用的接口類型
出處:面包板 發(fā)布于:2020-02-11 11:40:28
TTL(Transistor Transistor Logic)即晶體管-晶體管邏輯,TTL電平信號由TTL器件產(chǎn)生。TTL器件是數(shù)字集成電路的一大門類。
TTL電平信號被利用的多是因?yàn)橥ǔ?shù)據(jù)表示采用二進(jìn)制規(guī)定,+5V等價于邏輯"1",0V等價于邏輯"0",這被稱做TTL(晶體管-晶體管邏輯電平)信號系統(tǒng),這是計算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部各部分之間通信的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。??
TTL電平信號對于計算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是很理想的,首先計算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸對于電源的要求不高以及熱損耗也較低,另外TTL電平信號直接與集成電路連接而不需要價格昂貴的線路驅(qū)動器以及接收器電路;
再者,計算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是在高速下進(jìn)行的,而TTL接口的操作恰能滿足這個要求。
TTL型通信大多數(shù)情況下,是采用并行數(shù)據(jù)傳輸方式,而并行數(shù)據(jù)傳輸對于超過10英尺的距離就不適合了。這是由于可靠性和成本兩面的原因。
因?yàn)樵诓⑿薪涌谥写嬖谥嗪筒粚ΨQ的問題,這些問題對可靠性均有影響;另外對于并行數(shù)據(jù)傳輸,電纜以及連接器的費(fèi)用比起串行通信方式來也要高一些。
2、CMOS電平接口
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,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而引發(fā)的信號判斷錯誤。
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)動能力較弱,所以必須先進(jìn)行TTL轉(zhuǎn)換后再驅(qū)動ECL電路。此外,設(shè)計CMOS接口電路時,要注意避免容性負(fù)載過重,否則的話會使得上升時間變慢,而且驅(qū)動器件的功耗也將增加(因?yàn)槿菪载?fù)載并不耗費(fèi)功率)。
TTL電路與CMOS電路比較
(1)TTL電路是電流控制器件,而CMOS電路是電壓控制器件。
(2)TTL電路的速度快,傳輸延遲時間短(5-10ns),但是功耗大。
(3)CMOS電路的速度慢,傳輸延遲時間長(25-50ns),但功耗低。
3、ECL電平接口
這可是計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的老朋友??!因?yàn)樗乃俣取芭堋钡脡蚩?,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)通和截止時間,工作速度自然也就可以提上去了。
But,這是要付出代價的!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,這時就需要專門的電平移動電路了。
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)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)我們試圖通過計算機(jī)與外設(shè)進(jìn)行通信時,一個電平轉(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,這個差分信號會在信號傳輸時經(jīng)過一個復(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?br /> 有時為了實(shí)現(xiàn)高電壓和大電流的控制,我們必須設(shè)計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,但是它的特點(diǎn)就是可以實(shí)現(xiàn)阻抗變換,當(dāng)匹配得當(dāng)時,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)計中很“吃香”。
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