Статьи, заметки, очерки, разное...

.


Ali Zeeshan, NXP Semiconductors

____Во многих современных портативных системах сочетаются устройства с различными рабочими напряжениями. Однонаправленные трансляторы, сдвигающие уровень напряжения вверх или вниз, могут сделать совместную работу этих устройств более эффективной. Свойствами, позволяющими использовать их для трансляции уровней с низкого на высокий или с высокого на низкий, обладают микросхемы из несколько семейств стандартной логики.


Основная идея.

____Сегодня разработчикам нередко приходится создавать устройства из разнородных элементов, для питания которых требуется несколько различных напряжений. Это особенно справедливо в отношении портативных приложений, где рабочие напряжения процессора, памяти и периферии с большой вероятностью неодинаковы. В таких случаях уровень выходного напряжения устройства-драйвера должен быть смещен вверх или вниз таким образом, чтобы приёмник мог интерпретировать его правильно (Рисунок 1).


____Естественно, что сдвиг уровней нужен не сам по себе, а для обмена какими-то данными. Передача данных может происходить в одном направлении (однонаправленная) или в двух (двунаправленная). Мы будем рассматривать вопросы построения однонаправленных трансляторов.


Преобразование низких уровней в высокие.

____Для трансляции низких логических уровней в высокие могут использоваться логические устройства, имеющие низкие уровни входных порогов или выходы с открытыми стоками.


Устройства с низкими пороговыми уровнями на входах.

____Для преобразования низких логических уровней в высокие могут быть использованы КМОП устройства с входными порогами переключения, более низкими, чем у стандартных микросхем (Рисунок 2).


____Входной порог определяется комбинацией геометрических параметров транзистора N1 и падения напряжения на диоде D1. Кроме того, P-канальный транзистор P2 снижает перекрёстный ток через инвертор.
____Для этих целей пригодны логические микросхемы нескольких стандартных семейств. Например, выпускаемые NXP серии AHC и HCT, работающие в диапазоне напряжений питания до 5 В, могут использоваться для сдвига выходных уровней микросхем, подключённых к шине питания 3.3 В. Серии AUP1T и NX3 с напряжением питания до 3.6 В могут повышать логические уровни 1.8 В.


Устройства с открытыми стоками на выходах.

____Если выходы логических элементов имеют открытые стоки, их можно подключить через подтягивающие резисторы к источнику напряжения, отвечающего требованиям управляемого устройства. Такая схема трансляции уровня изображена на Рисунке 3.


____В качестве примера рассмотрим использование маломощного буфера с открытым стоком NXP 74AUP1G07 для трансляции уровня 1.8 В в 3.6 В. При входном уровне и напряжении питания 1.8 В выход с открытым стоком можно через резисторы подключить к напряжению 3.6 В, и управлять следующим каскадом, имеющим уровень «лог. 1», равный 3.5 В. Точно также с помощью микросхемы NXP 74AUP1G07 уровень 3 В можно преобразовать в 5 В. При напряжении питания 3 В открытые стоки выходов через подтягивающие резисторы можно подключать к шине 5 В.
____При использовании подобных схем, однако, следует принимать во внимание один существенный момент. Использование выходных нагрузочных резисторов в цепях стоков увеличивает ток, потребляемый устройством, поскольку на резисторах рассеивается заметная мощность. Кроме того, от сопротивления этих резисторов зависят времена нарастания и спада.


Преобразование высокого уровня в низкий.

____В категорию предназначенных для этого микросхем входят устройства с защитными диодами и токоограничивающими резисторами на входах, а также устройства, входы которых имеют защиту от повышенного напряжения.
____Когда напряжение питания драйвера превышает напряжение питания приёмника, выходной уровень драйвера необходимо снижать, чтобы привести в соответствие с порогом переключения приёмника (Рисунок 4).


____Это защищает входы приёмника от повышенных и пониженных входных напряжений, а также от перегрузки по току. Выходное сопротивление драйвера должно быть согласовано с импедансом кабеля или печатного проводника таким образом, чтобы исключить отражения со стороны приёмника. Интегрированная защита от электростатических разрядов помогает также подавлять нежелательные выбросы, обусловленные перенапряжениями на проводниках печатной платы.


Устройства с защитными диодами и токоограничивающими резисторами на входах.

____На входах некоторых логических схем имеются диоды, подключенные к шинам VCC и «земля» (Рисунок 5). Эти диоды предназначены для защиты входов от чрезмерных напряжений и электростатических разрядов. Если КМОП устройства имеют на входах резисторы для ограничения тока, входное напряжение может превышать разрешенное в справочных данных до тех пор, пока входной ток не достиг максимально допустимого значения.


____Нередко, и, прежде всего, в промышленных и автомобильных приложениях, логические устройства требуется подключать к схемам, напряжение питания которых намного превышает 5 В. В таких случаях следует выбирать логические элементы с входными защитными диодами и использовать резисторы для ограничения тока. Защитные диоды, подключенные к шине VCC, имеются на входах выпускаемых NXP микросхем семейств LV, HC и HEF. Эти микросхемы при добавлении на входы токоограничивающих резисторов можно использовать для трансляции высоких уровней в низкие.


Устройства с входами, устойчивыми к перегрузкам по напряжению.

____Новые схемотехнические решения в области защиты входов от электростатических разрядов не содержат диодов, подключенных к шинам VCC и «земля» (Рисунок 6). На входы таких микросхем можно подавать любое напряжение, не выходящее за пределы, определяемые особенностями технологического процесса, использованного при их производстве, и иметь при этом гарантию отсутствия путей протекания тока в шину VCC. Это значит, что, не нарушая работу устройства, к входам могут быть приложены логические уровни, превышающие напряжение питания.


____Поскольку в устройствах с входами, устойчивыми к повышенным входным напряжениям, входное напряжение может превышать напряжение питания VCC, а размах выходного сигнала не выходит за пределы VCC, подобные приборы очень удобно использовать для преобразования высоких уровней в низкие. Микросхемы в семействах LVC, LVT, ALVT и AHC имеют входы, выдерживающие напряжение до 5.5 В, при условии соблюдения ограничений по входным токам. На входы микросхем серий AUP и AVC допускается подавать напряжение до 3.6 В, что позволяет использовать их в устройствах со смешанным питанием 1.8 и 3.3 В.


Заключение.

____При разработке систем нередко возникает необходимость в однонаправленном преобразовании высоких уровней напряжения в низкие или низких в высокие. Хорошим инструментом для решения этой задачи часто могут быть микросхемы стандартной логики. Для однонаправленной трансляции подходят логические микросхемы многих семейств, имеющие:

• входы с низкими пороговыми напряжениями,
  
• выходы с открытым стоком,
  
• входы с уровнями ТТЛ,
  
• входные защитные диоды,
  
• токоограничивающие резисторы на входах,
  
• входы, устойчивые к повышенному напряжению.
  

____В результате системы со смешанным питанием могут работать, не подвергаясь риску возникновения разрушительных токов или потери сигналов. При этом эффективность систем повышается, а потребляемая мощность снижается.


.

Интересно было почитать, видно, что статью писал не профессионал, но вполне на уровне:

Ссылка