ARM接口電平轉(zhuǎn)換常用方法

(1) 晶體管+上拉電阻法
就是一個(gè)雙極型三極管或 MOSFET,C/D極接一個(gè)上拉電阻到正電源,輸入電平很靈活,輸出電平大致就是正電源電平。
(2) OC/OD 器件+上拉電阻法
跟 1) 類似。適用于器件輸出剛好為 OC/OD 的場(chǎng)合。
(3) 74xHCT系列芯片升壓 (3.3V→5V)
凡是輸入與 5V TTL 電平兼容的 5V CMOS 器件都可以用作 3.3V→5V 電平轉(zhuǎn)換。
——這是由于 3.3V CMOS 的電平剛好和5V TTL電平兼容（巧合）,而 CMOS 的輸出電平總是接近電源電平的。
廉價(jià)的選擇如 74xHCT(HCT/AHCT/VHCT/AHCT1G/VHCT1G/...) 系列 (那個(gè)字母 T 就表示 TTL 兼容)。
(4) 超限輸入降壓法 (5V→3.3V, 3.3V→1.8V, ...)
凡是允許輸入電平超過電源的邏輯器件,都可以用作降低電平。
這里的"超限"是指超過電源,許多較古老的器件都不允許輸入電壓超過電源,但越來越多的新器件取消了這個(gè)限制 (改變了輸入級(jí)保護(hù)電路)。
例如,74AHC/VHC 系列芯片,其 datasheets 明確注明"輸入電壓范圍為0~5.5V",如果采用 3.3V 供電,就可以實(shí)現(xiàn) 5V→3.3V 電平轉(zhuǎn)換。
(5) 專用電平轉(zhuǎn)換芯片
最著名的就是 164245,不僅可以用作升壓/降壓,而且允許兩邊電源不同步。這是最通用的電平轉(zhuǎn)換方案,但是也是很昂貴的 (俺前不久買還是￥45/片,雖是零售,也貴的嚇人),因此若非必要,最好用前兩個(gè)方案。
(6) 電阻分壓法
最簡(jiǎn)單的降低電平的方法。5V電平,經(jīng)1.6k+3.3k電阻分壓,就是3.3V。
(7) 限流電阻法
如果嫌上面的兩個(gè)電阻太多,有時(shí)還可以只串聯(lián)一個(gè)限流電阻。某些芯片雖然原則上不允許輸入電平超過電源,但只要串聯(lián)一個(gè)限流電阻,保證輸入保護(hù)電流不超過極限(如 74HC 系列為 20mA),仍然是安全的。
(8) 無為而無不為法
只要掌握了電平兼容的規(guī)律。某些場(chǎng)合,根本就不需要特別的轉(zhuǎn)換。例如,電路中用到了某種 5V 邏輯器件,其輸入是 3.3V 電平,只要在選擇器件時(shí)選擇輸入為 TTL 兼容的,就不需要任何轉(zhuǎn)換,這相當(dāng)于隱含適用了方法3)。
(9) 比較器法
算是湊數(shù),有人提出用這個(gè)而已,還有什么運(yùn)放法就太惡搞了。
2. 電平轉(zhuǎn)換的"五要素"
(1) 電平兼容
解決電平轉(zhuǎn)換問題,最根本的就是要解決邏輯器件接口的電平兼容問題。而電平兼容原則就兩條：
VOH > VIH
VOL < VIL
再簡(jiǎn)單不過了！當(dāng)然,考慮抗干擾能力,還必須有一定的噪聲容限：
|VOH-VIH| > VN+
|VOL-VIL| > VN-
其中,VN+和VN-表示正負(fù)噪聲容限。
只要掌握這個(gè)原則,熟悉各類器件的輸入輸出特性,可以很自然地找到合理方案,如前面的方案(3)(4)都是正確利用器件輸入特性的例子。
(2) 電源次序
多電源系統(tǒng)必須注意的問題。某些器件不允許輸入電平超過電源,如果沒有電源時(shí)就加上輸入,很可能損壞芯片。這種場(chǎng)合性能最好的辦法可能就是方案(5)——164245。如果速度允許,方案(1)(7)也可以考慮。
(3) 速度/頻率
某些轉(zhuǎn)換方式影響工作速度,所以必須注意。像方案(1)(2)(6)(7),由于電阻的存在,通過電阻給負(fù)載電容充電,必然會(huì)影響信號(hào)跳沿速度。為了提高速度,就必須減小電阻,這又會(huì)造成功耗上升。這種場(chǎng)合方案(3)(4)是比較理想的。
(4) 輸出驅(qū)動(dòng)能力
如果需要一定的電流驅(qū)動(dòng)能力,方案(1)(2)(6)(7)就都成問題了。這一條跟上一條其實(shí)是一致的,因?yàn)樗俣葐栴}的關(guān)鍵就是對(duì)負(fù)載電容的充電能力