混合邏輯電平的接口技術(shù)

在功耗低、體積小的便攜式設(shè)備（蜂窩電話、ＰＤＡ、筆記本電腦、數(shù)字相機(jī)等）的應(yīng)用需求驅(qū)動下，越來越多的半導(dǎo)體器件采用低電壓設(shè)計技術(shù)，很多半導(dǎo)體器件制造廠家紛紛推出３．３Ｖ和２．５Ｖ等一系列超低功耗集成電路。這樣使很多低電壓邏輯標(biāo)準(zhǔn)得以廣泛應(yīng)用。在新一代的銀行終端、教育終端等產(chǎn)品的設(shè)計過程中，為了降低成本、保持與終端外設(shè)的兼容性，還需要在同一系統(tǒng)中采用許多不同邏輯標(biāo)準(zhǔn)的器件，因此在同一系統(tǒng)中不可避免地存在不同供電電壓的模塊。如何解決不同的邏輯電平信號間的接口問題，就成了硬件工程師面臨的關(guān)鍵技術(shù)。本文結(jié)合ＴＦＴ彩色液晶網(wǎng)絡(luò)終端的設(shè)計，詳細(xì)介紹了幾種邏輯電平信號的接口特性，并討論了它們之間的接口技術(shù)。

１ＤＣ／ＤＣ電源變換

傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器，如ＬＭ１１７系列都要求輸入電壓比輸出電壓高３Ｖ以上，否則不能正常工作，同時傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器轉(zhuǎn)換效率低，發(fā)熱量大，所以ＬＭ１１７系列已經(jīng)不能滿足低功耗小體積的應(yīng)用系統(tǒng)的電源設(shè)計要求。電池供電的便攜式設(shè)備，對于電源轉(zhuǎn)換效率和散熱要求更高，所以必須尋求其他的解決方案。

ＴＦＴ彩色液晶網(wǎng)絡(luò)終端主板涉及大量的５．０Ｖ和３．３Ｖ邏輯信號，必須有５．０Ｖ和３．３Ｖ兩個供電模塊。為了與其它系列終端的外置電源兼容，這里采用國家半導(dǎo)體公司的ＬＭ２５７６從１２Ｖ變換到５Ｖ，再采用ＭＩＣＲＥＬ公司的ＭＩＣ５２０７(或Ｌｉｎｅａｒ公司的ＬＴ１０８６)從５Ｖ變換到３．３Ｖ。

ＬＭ２５７６是基于開關(guān)電源技術(shù)的低電壓輸出單片集成電路，內(nèi)置５２ｋＨｚ的振蕩電路，僅僅需要４個外圍器件，電源轉(zhuǎn)換效率高達(dá)７７％，輸出電流最大可達(dá)３Ａ，發(fā)熱量小,電磁輻射小，可靠性高。

面對低電壓電源的需求，許多電源芯片公司推出了低壓差線性穩(wěn)壓器ＬＤＯ（ＬｏｗＤｒｏｐｏｕｔＲｅｇｕｌａｔｏｒ）。這種電源芯片的壓差可以低至０．２Ｖ～１．３Ｖ，可以實(shí)現(xiàn)５Ｖ轉(zhuǎn)３．３Ｖ／２．５Ｖ、３．３Ｖ轉(zhuǎn)２．５Ｖ／１．８Ｖ等要求。生產(chǎn)ＬＤＯ的公司很多，如ＡＬＰＨＡ、ＬＴ(ＬｉｎｅａｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ)、ＮＩ(Ｎａｔｉｏｎａｌｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ)、ＴＩ等。低壓差線性穩(wěn)壓器ＭＩＣ５２０７特別適合手持的電池供電設(shè)備，它有一個與ＣＯＭＳ、ＴＴＬ電平兼容的使能控制引腳，便于關(guān)斷電源降低功耗，其外圍電路也特別簡單。

２各種邏輯電平信號的電特性

在ＴＦＴ彩色液晶網(wǎng)絡(luò)終端系統(tǒng)中，中央處理器ＩｎｔｅｌＰＸＡ２５５的Ｉ／Ｏ端口是３．３Ｖ的ＣＭＯＳ結(jié)構(gòu)；ＵＳＢＨｏｓｔ控制器ＳＬ８１１ＨＳ的Ｉ／Ｏ端口是３．３Ｖ的ＣＭＯＳ結(jié)構(gòu)?熏兼容ＴＴＬ電平；超級Ｉ／Ｏ控制器Ｗ８３９７７ＡＴＦ具有５．０ＶＣＭＯＳ和５．０ＶＴＴＬ兩種Ｉ／Ｏ端口。它們的電平特性如表１所示。遵守同一邏輯電平標(biāo)準(zhǔn)的不同器件，端口的電特性可能略有不同，即使是同一器件，在不同環(huán)境下表現(xiàn)出的電特性也是不同的，所以在設(shè)計電路時，一定要具體情況具體分析。

表１中，ＶＯＨ表示輸出高電平的最小值；ＶＯＬ表示輸出低電平的最大值。表１ＶＩＨ表示輸入高電平的最小值；ＶＩＬ表示輸入低電平的最大值。表１列出了器件的常見電特性，有些集成電路略有差別。

銀行終端需要外接的串口設(shè)備多達(dá)８個以上，所以解決ＲＳ－２３２Ｃ串口與３．３Ｖ和５．０Ｖ邏輯電平接口也是ＴＦＴ彩色液晶網(wǎng)絡(luò)終端系統(tǒng)的一項重要技術(shù)（實(shí)達(dá)電腦公司有些終端的串口是ＴＴＬ電平）。

ＲＳ－２３２Ｃ標(biāo)準(zhǔn)是美國ＥＩＡ(電子工業(yè)聯(lián)合會)與ＢＥＬＬ等公司一起開發(fā)的、于１９６９年公布的通信協(xié)議，全稱是ＥＩＡ－ＲＳ－２３２Ｃ。它適于數(shù)據(jù)傳輸速率在０～２００００ｂｐｓ的通信。這個標(biāo)準(zhǔn)對串行通信接口的有關(guān)問題，如信號線功能、電特性都作了明確規(guī)定。由于通信設(shè)備廠商都生產(chǎn)與ＲＳ－２３２Ｃ制式兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標(biāo)準(zhǔn)，目前已在微機(jī)通信接口中廣泛采用。

ＲＳ－２３２Ｃ采用負(fù)邏輯，規(guī)定＋３Ｖ～＋１５Ｖ任意電壓表示邏輯０（或信號有效），－３Ｖ～－１５Ｖ任意電壓表示邏輯１（或信號無效）。

目前生產(chǎn)ＴＦＴ液晶顯示屏的廠家主要有ＬＧ．ＰＨＩＬＩＰＳ、ＳＡＭＳＵＮＧ、ＳＨＡＲＰ、ＮＥＣ等。這些顯示屏，有的是ＴＴＬ電平接口，有的是ＬＶＤＳ接口。使用ＴＴＬ電平接口，其有效距離僅為５０ｃｍ?鴉如果是３．３Ｖ電平，傳輸距離更短。在終端應(yīng)用中，一般是顯示屏與主機(jī)結(jié)合為一體，但是也有顯示屏遠(yuǎn)離主機(jī)的情況，所以這里簡要介紹一下ＬＶＤＳ信號。目前ＬＶＤＳ技術(shù)在傳輸距離上有其局限性，一般應(yīng)用在２０ｍ以下。

ＬＶＤＳ(ＬｏｗＶｏｌｔａｇｅＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＳｉｇｎａｌｉｎｇ)是一種小振幅差分信號技術(shù)，使用非常低的幅度信號（約３５０ｍＶ）通過一對差分ＰＣＢ走線或平衡電纜傳輸數(shù)據(jù)。ＬＶＤＳ在兩個標(biāo)準(zhǔn)中定義：ＩＥＥＥＰ１５９６．３(１９９６年３月通過)，主要面向ＳＣＩ(ＳｃａｌａｂｌｅＣｏｈｅｒｅｎｔＩｎｔｅｒｆａｃｅ)；ＡＮＳＩ／ＥＩＡ／ＥＩＡ－６４４(１９９５年１１月通過)，主要定義了ＬＶＤＳ的電特性，并建議了６５５Ｍｂｐｓ的最大速率和１．８２３Ｇｂｐｓ的無失真媒質(zhì)上的理論極限速率。在兩個標(biāo)準(zhǔn)中都指定了與物理媒質(zhì)無關(guān)的特性，這意味著只要媒質(zhì)在指定的噪聲邊緣和歪斜容忍范圍內(nèi)發(fā)送信號到接收器，接口都能正常工作。

圖１為ＬＶＤＳ的原理簡圖，其驅(qū)動器由一個恒流源（通常為３．５ｍＡ）驅(qū)動一對差分信號線組成。在接收端有一個高的直流輸入阻抗（幾乎不會消耗電流），所以幾乎全部的驅(qū)動電流將流經(jīng)１００Ω的終端電阻在接收器輸入端產(chǎn)生約３５０ｍＶ的電壓。當(dāng)驅(qū)動狀態(tài)反轉(zhuǎn)時，流經(jīng)電阻的電流方向改變，于是在接收端產(chǎn)生一個有效的“０”或“１”邏輯狀態(tài)。

ＬＶＤＳ技術(shù)的恒流源模式低擺幅輸出意味著ＬＶＤＳ具有很高的傳輸速度，能較好地抑制共模信號，并行的差分信號降低了周圍的電磁干擾，ＣＭＯＳ工藝保證了較低的靜態(tài)功耗。另外，由于是低擺幅差分信號技術(shù)，其驅(qū)動和接收不依賴于供電電壓，因此，ＬＶＤＳ能比較容易應(yīng)用于低電壓系統(tǒng)中，如３．３Ｖ甚至２．５Ｖ，保持同樣的信號電平和性能。ＬＶＤＳ也易于匹配終端。無論其傳輸介質(zhì)是電纜還是ＰＣＢ走線，都必須與終端匹配，以減少不希望的電磁輻射，提供最佳的信號質(zhì)量。通常，一個盡可能靠近接收輸入端的１００Ω終端電阻跨在差分線上即可提供良好的匹配。