電壓容限原理及其它介紹

電壓容限是邏輯驅動(dòng)器的保證輸出與邏輯接收器在最壞的情況下的靈敏度之間的差值。工作基于接收電壓的邏輯系列產(chǎn)品都有電壓容限，如同光學(xué)邏輯器件有光子容限，或者機械設備在BABBAGE引擎中有機械聯(lián)運容限一樣。

圖2.15舉例說(shuō)明了MOTOROLA 10KH射極耦合邏輯門(mén)電路在25℃環(huán)境溫度條件下的電壓容限，這此邏輯門(mén)電路都是對輸入電壓敏感，保證0和1轉換的電壓門(mén)限在圖中以VOL MIN和VIH MAX數值形式表示。接收到的電壓低于VIL MIN則保證為邏輯0響應，高于VM MAX則保證為邏輯1響應。落在兩個(gè)門(mén)限之間的接收電壓可能被接收電路判決為1，也可能為0，或者為一個(gè)不確定狀態(tài)。

VOL MIN意味著(zhù)，對于所有的門(mén)電路，它是保證輸入為低電平所需的電壓門(mén)限。大多數邏輯門(mén)電路將會(huì )跳到比VIL MIN更低的電壓。這些邏輯門(mén)電路具有了一個(gè)額外的開(kāi)關(guān)容限。制造商并不標明低電平的開(kāi)關(guān)門(mén)限有多大，而是只標定其最小值。這一準則也適用于VIH MAX，但要反過(guò)來(lái)。

對于10KH系列產(chǎn)品，保證0和1的輸出電壓分別標定為VOL和VOH。當發(fā)送一個(gè)低電平時(shí)，輸出電壓要確保位于VOL MIN和VOL MAX之間。當發(fā)送一個(gè)高電平時(shí)，輸出電壓要確保位于VOH MIN和VOH MAX之間。

要確保輸出范圍和不確定人范圍之間沒(méi)有重疊。無(wú)重疊意味著(zhù)靜態(tài)傳輸的值，無(wú)論是0還是1，總是會(huì )被正確地接收到。

針對具體的門(mén)電路而言，其實(shí)際發(fā)送值是一個(gè)與環(huán)境溫度、電源以及產(chǎn)品制造過(guò)程有關(guān)的變量函數。它的數據指標手冊往往只聲明0和1的輸出值分別都超過(guò)VOL和VOH。圖2.15中標出了典型的輸出電平。

“電壓容限”指的是VOH和VIH之間的差值，或者VOL和VIL之間的差值，這里都取最小值。

正如邏輯輸出的值通常都優(yōu)于最壞情況下的指標一樣，超過(guò)最壞情況的開(kāi)關(guān)門(mén)限邏輯輸入通常能夠準確地識別。一個(gè)典型的10KH反相器的轉換函數顯示在圖2.15中。正如讀者所看到的，電路在開(kāi)關(guān)區域表現出的增益為-4，在開(kāi)關(guān)區域之外電路進(jìn)入飽和，其輸出值位于陰影部分的指標范圍內。僅這一個(gè)門(mén)電路能夠很好地工作在最壞情況的開(kāi)關(guān)區域內，并不表明每個(gè)門(mén)電路都將地這樣。下一個(gè)離開(kāi)流水線(xiàn)的門(mén)電路也許有不同的輸入直流偏置，因而轉換電壓接近于最壞情況區域的這一邊或另一邊。軍用產(chǎn)品制商在工廠(chǎng)里對產(chǎn)品進(jìn)行篩選，以保證開(kāi)關(guān)門(mén)限在許可范圍之外的產(chǎn)品沒(méi)有一個(gè)被運走。商用產(chǎn)品制造商僅僅統計抽檢產(chǎn)品參數，而且只是盡力而為。

為什么需要容限在許可范圍之外的產(chǎn)品沒(méi)有一個(gè)被運走。商用產(chǎn)品制造商僅僅統計抽檢產(chǎn)品參數而且只是盡力而為。

為什么需要容限呢？容限能夠對真實(shí)系統中數字信號的非理想發(fā)送和接收缺陷進(jìn)行補償。在如下的信號劣化情況中，沒(méi)有足夠容限的系統將無(wú)法運行：

1、直流電源的電流流經(jīng)接地通路的DC電阻，導致各邏輯器件之間存在地電位差。門(mén)電路發(fā)送的信號是在本地地電位上的一個(gè)固定電位，如果發(fā)送門(mén)與接收門(mén)的參考電位之間發(fā)生了偏移，那么收到的將會(huì )是另外一個(gè)電位。

2、快速變化的返回信號電流，流經(jīng)接收通路電感，引起邏輯器件之間對地電壓的變化。這些對地電壓關(guān)對于接收信號電位的影響就像上面所說(shuō)的直流地電位差一樣。這是感性串擾的一種形式。

3、鄰近線(xiàn)路上的信號可能通過(guò)各自的互容或互感相互耦合，對某個(gè)指定的線(xiàn)路產(chǎn)生串擾。串擾疊加到預期的接收信號之上，可能使一個(gè)好信號偏移到臨近開(kāi)關(guān)門(mén)限。

4、振鈴、反射、長(cháng)的線(xiàn)路使二進(jìn)制信號的形狀產(chǎn)生扭曲。與發(fā)射端相比，接收端變化了的信號顯得更小。容限為信號失真留出了一些容許限度。

5、某些邏輯系列產(chǎn)品的門(mén)限電平是一個(gè)溫度的函數。溫度較低的門(mén)電路到溫度較高的門(mén)電路的信號傳送可能容限減少或者負的容限值。

第1項和第5項適用于所有的系統，而無(wú)論其運行速度如何，而且計算時(shí)必須始終將這兩頂的影響考慮在內。第2項到第4項是調整系統所特有的。

這3個(gè)高速效應都隨被傳輸信號的大小而改變，信號返回電流越大，引起的地電位差越高，信號電壓越大，產(chǎn)生的串擾越多，而且傳輸信號越大，表現出的振鈴和反射越嚴重，這些對應關(guān)系引導我們得出的結論：對于高速系統中第2項到第4項的影響，容限與影響的比就是電壓容限與輸出電壓幅度的比。用百分比計算比直接的電壓讀數更加直觀(guān)，更加方便，更能夠比較不同的邏輯系列產(chǎn)品之間的差別，噪聲容限的百分比等于以下兩個(gè)比值中的較小者：

10KH ECL邏輯的噪聲容限百分比是17.8%，而74ASTTL邏輯的噪聲容限百分比僅有9.1%，這一差別是ECL邏輯比TTL有更好的噪聲抗擾的依據，雖然ECL的實(shí)際電壓容限小于TTL，但相對于ECL電壓幅度的百分比較大。

當然10KH系列的轉換速度比74AS系列產(chǎn)品快兩到三倍，較快的轉換時(shí)間加大了返回電流、串擾以及振鈴的問(wèn)題，總的來(lái)說(shuō)，與74AS系列相比，MC10KH系列更難抑制返回電流，串擾以及振鈴的問(wèn)題，但困難程度并非兩到三倍那么多。