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七个常用电平接口知识

 昵称44916521 2017-08-10
            电路系统的各子模块进行数据交换时可能会存在一些问题导致信号无法正常、高质量地流通,例如有时电路子模块各自的工作时序有偏差或者各自的信号类型不一致(如传感器检测光信号)等,这时我们应该考虑通过相应的接口方式来很好的矗立着问题。下面列举电路设计中7个常用的电平接口。
     (1)TTL电平接口
                传输速度一般限制在30Mhz以内,这是由于BJT的输入端存在几个pF的输入电容的缘故(构成一个LPF是“Low Pass Filter”的缩写,意为“低通滤波器”。就是让低频信号通过,阻止高频信号通过。),输入信号超过一定频率之后,信号将丢失。TTL电平的驱动能力一般最大为几十个毫安。正常工作的信号电压一般较高,要是把它和信号电压较低的ECL电路(发射极耦合逻辑电路)接近时会产生比较明显的串扰问题。
      (2)CMOS电平接口
                 正常情况下CMOS的功耗和抗干扰能力远优于TTL,但是,鲜为人知的是,CMOS系列实际上却比TTL消耗更多的功率。由于CMOS的工作电压目前已经可以很小了,有的FPGA内核工作电压甚至接近1.5V,这样就使得电平之间的噪声容限比TTL小了很多,因此更加加重了由于电压波动而引发的信号判断错误。我们知道,CMOS电路的输入阻抗是很高的,因此,它的耦合电容容量可以很小,而不需要使用大的电解电容器了。由于CMOS电路通常驱动能力较弱,所以必须先进行TTL转换后在驱动ELC电路。此外,设计CMOS接口电路时,要注意避免容性负载过重,否则的画会使得上升时间变慢,而且驱动器件的功耗也将增加。
        (3)ECL电平接口
                   计算机系统内部的老朋友,运行速度很快,可以跑到几百Mhz。这是由于ECL内部的BJT在导通时并没有处于饱和状态,这样就可以减少BJT的导通和截止时间,工作速度也就可以提上去了。但是这也导致了大的功耗,引发的EMIElectromagnetic Interference I,直译是电磁干扰)问题也就值得考虑了,同时电路的抗干扰能力也急剧下降。还有,一般的ECL集成电路需要负电源供电,也就是说它的输出电压为负值,这时就需要专门的电平移动电路了。
         (4)RS-232电平接口
                   低速串行通信接口标准,电平标准高电平为-12V,低电平为+12V。一般通过计算机与外围设备进行通信时,电平转换芯片MAX232是必须的。他的传输速度比较慢以及传输距离较短。
           (5)差分平衡电平接口
                    是用一对接线端A和B的相对输出电压(uA-uB)来表示信号的,一般情况下,这个差分信号会在信号传输时经过一个复杂的噪声环境,导致两根线上都产生基本上相同数量的噪声,而在接收端将会把噪声的能量给抵消掉,因此它能够实现较远距离、较高速率的传输。工业上常用的RS-485接口采用的就是差分传输方式,它具有很好的抗共模干扰能力
            (6)光隔离接口
                    光电耦合是以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递的。好处是他可以实现电气隔离,因此有较为出色的抗干扰能力。在电路工作频率很高的条件下,基本只有高速的光电隔离接口电路才能满足数据传输的需求。有时为了实现大电流和高电压的控制,也可以设计光隔离接口来连接如上所诉的这些低电平、小电流的TTL或CMOS电路。此外,光隔离接口的输入和输出必须采用独立的电源,否则的话还是有电气连接,也就不叫隔离了。
             (7)线圈耦合接口
                     它的电气隔离特性好,但是允许的信号带宽有限。例如变压器耦合,它的功率传输效率是非常高的,输出功率基本接近其输入功率,因此,对于一个升压变压器来说,它可以有较高的输出电压,但是却只能给出较低的电流。此外,变压器的高频和低频特性并不让人乐观,但是它的最大特点就是可以实现阻抗变换,当匹配得当时,负载可以获得足够大的功率,因此,变压器耦合接口在功率放大电路设计中很“吃香”。
BJT名词解释:https://baike.baidu.com/item/BJT/10795153?fr=aladdin
LPF名词解释:https://baike.baidu.com/item/LPF/3414323?fr=aladdin
ECL电路:https://baike.baidu.com/item/%E5%8F%91%E5%B0%84%E6%9E%81%E8%80%A6%E5%90%88%E9%80%BB%E8%BE%91%E7%94%B5%E8%B7%AF/1574725?fr=aladdin&fromid=11237093&fromtitle=ECL%E7%94%B5%E8%B7%AF

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