Согласование логических уровней

Материал из eeWiki - открытая энциклопедия по электронике
Перейти к: навигация, поиск


В конференции постоянно возникают вопросы, связанные с согласованием логических уровней в схемах с несколькими питающими напряжениями. Типичный пример - подключение к процессору с 5-ти вольтовым питанием внешней 3-х вольтовой SRAM-памяти.

Если не уделять внимания вопросу согласования, руководствуясь только мыслью, что выходной уровень логической "1" 3.3вольтового устройства как правило, достаточен для срабатывания 5-тивольтового КМОП-входа, и что уж 3-хвольтовый вход от 5 вольт точно сработает, можно нарваться на ряд проблем, связанных с внутренним устройством КМОП-схем.

Например, если входное напряжение КМОП-входа превышает напряжение питания схемы, то через паразитный диод (технологический, выращенный на подложке), потечет значительный ток по направлению от 5В к 3В. Локальный перегрев приведет к выходу из строя участка кристалла.

Также может проявляться еще один неприятный эффект - тиристорное защелкивание. В этом случае паразитный тиристор, образованный входными цепями КМОП-элемента с подложкой, может защелкнуться, что приведет к неработоспособности элемента. Одним словом, необходимо согласование логических уровней. К тому же, даже если вы используете устройства с 5V-toleranсe входами (т.е. переносящие без проблем входные уровни 5В), цепи обратных сигналов (от 3В к 5В) будут обладать пониженной помехоустойчивостью.

Разные производители решают эти проблемы впразличными способами. Их условно можно разделить на два класса - TVC (Translation Voltage Clamp) и устройства с двумя напряжениями питания. Отличительной особенностью TVC является отсутствие сигнала управления направлением трансляции, тогда как устройства с двумя напряжениями питания требуют переключения и иногда это обстоятельство обуславливает наличие дополнительной логики. Обращу внимание на некоторые устройства, производимых фирмами Texas Instruments и Analog Devices.

  • SN74ALVC164245 - 2 x 8 буферов шины с Z-состоянием и сигналом направления 5В/3.3В.

Такие же устройства производятся фирмами IDT, Philips и др. Классика жанра.

  • ADG3300 - 8-канальный TVC с расширенным диапазоном (от 1.15В до 5.5В)

в миниатюрном корпусе TSSOP. Его преимущества - в доступности.

  • SN74CBTD16211 - 24-канальный TVC 5В/3.3В

Для поиска подходящих устройств на сайтах производителей используйте термины level-shifting, voltage translation, logic level translation.

Как всегда, у Texas есть неплохие инструкции к применению:

- Павел Гурьев aka Electrovoicer [info@oriel.ru]