混合邏輯電平的接口技術(shù)

在功耗低、體積小的便攜式設備（蜂窩電話(huà)、ＰＤＡ、筆記本電腦、數字相機等）的應用需求驅動(dòng)下，越來(lái)越多的半導體器件采用低電壓設計技術(shù)，很多半導體器件制造廠(chǎng)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準得以廣泛應用。在新一代的銀行終端、教育終端等產(chǎn)品的設計過(guò)程中，為了降低成本、保持與終端外設的兼容性，還需要在同一系統中采用許多不同邏輯標準的器件，因此在同一系統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(wèn)題，就成了硬件工程師面臨的關(guān)鍵技術(shù)。本文結合ＴＦＴ彩色液晶網(wǎng)絡(luò )終端的設計，詳細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

傳統的線(xiàn)性穩壓器，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(shí)傳統的線(xiàn)性穩壓器轉換效率低，發(fā)熱量大，所以ＬＭ１１７系列已經(jīng)不能滿(mǎn)足低功耗小體積的應用系統的電源設計要求。電池供電的便攜式設備，對于電源轉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(gè)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(kāi)關(guān)電源技術(shù)的低電壓輸出單片集成電路，內置５２ｋＨｚ的振蕩電路，僅僅需要４個(gè)外圍器件，電源轉換效率高達７７％，輸出電流最大可達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(xiàn)性穩壓器ＬＤＯ（ＬｏｗＤｒｏｐｏｕｔＲｅｇｕｌａｔｏｒ）。這種電源芯片的壓差可以低至０．２Ｖ～１．３Ｖ，可以實(shí)現５Ｖ轉３．３Ｖ／２．５Ｖ、３．３Ｖ轉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(xiàn)性穩壓器ＭＩＣ５２０７特別適合手持的電池供電設備，它有一個(gè)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(jiǎn)單。

２各種邏輯電平信號的電特性

在ＴＦＴ彩色液晶網(wǎng)絡(luò )終端系統中，中央處理器ＩｎｔｅｌＰＸＡ２５５的Ｉ／Ｏ端口是３．３Ｖ的ＣＭＯＳ結構；ＵＳＢＨｏｓｔ控制器ＳＬ８１１ＨＳ的Ｉ／Ｏ端口是３．３Ｖ的ＣＭＯＳ結構?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準的不同器件，端口的電特性可能略有不同，即使是同一器件，在不同環(huán)境下表現出的電特性也是不同的，所以在設計電路時(shí)，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(jiàn)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備多達８個(gè)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 )終端系統的一項重要技術(shù)（實(shí)達電腦公司有些終端的串口是ＴＴＬ電平）。

ＲＳ－２３２Ｃ標準是美國ＥＩＡ(電子工業(yè)聯(lián)合會(huì ))與ＢＥＬＬ等公司一起開(kāi)發(fā)的、于１９６９年公布的通信協(xié)議，全稱(chēng)是ＥＩＡ－ＲＳ－２３２Ｃ。它適于數據傳輸速率在０～２００００ｂｐｓ的通信。這個(gè)標準對串行通信接口的有關(guān)問(wèn)題，如信號線(xiàn)功能、電特性都作了明確規定。由于通信設備廠(chǎng)商都生產(chǎn)與ＲＳ－２３２Ｃ制式兼容的通信設備，因此，它作為一種標準，目前已在微機通信接口中廣泛采用。

ＲＳ－２３２Ｃ采用負邏輯，規定＋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(wú)效）。

目前生產(chǎn)ＴＦＴ液晶顯示屏的廠(chǎng)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。在終端應用中，一般是顯示屏與主機結合為一體，但是也有顯示屏遠離主機的情況，所以這里簡(jiǎn)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(guò)一對差分ＰＣＢ走線(xiàn)或平衡電纜傳輸數據。ＬＶＤＳ在兩個(gè)標準中定義：ＩＥＥＥＰ１５９６．３(１９９６年３月通過(guò))，主要面向ＳＣＩ(ＳｃａｌａｂｌｅＣｏｈｅｒｅｎｔＩｎｔｅｒｆａｃｅ)；ＡＮＳＩ／ＥＩＡ／ＥＩＡ－６４４(１９９５年１１月通過(guò))，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(wú)失真媒質(zhì)上的理論極限速率。在兩個(gè)標準中都指定了與物理媒質(zhì)無(wú)關(guān)的特性，這意味著(zhù)只要媒質(zhì)在指定的噪聲邊緣和歪斜容忍范圍內發(fā)送信號到接收器，接口都能正常工作。

圖１為ＬＶＤＳ的原理簡(jiǎn)圖，其驅動(dòng)器由一個(gè)恒流源（通常為３．５ｍＡ）驅動(dòng)一對差分信號線(xiàn)組成。在接收端有一個(gè)高的直流輸入阻抗（幾乎不會(huì )消耗電流），所以幾乎全部的驅動(dòng)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。當驅動(dòng)狀態(tài)反轉時(shí)，流經(jīng)電阻的電流方向改變，于是在接收端產(chǎn)生一個(gè)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(zhù)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?chē)碾姶鸥蓴_，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)，其驅動(dòng)和接收不依賴(lài)于供電電壓，因此，ＬＶＤＳ能比較容易應用于低電壓系統中，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(wú)論其傳輸介質(zhì)是電纜還是ＰＣＢ走線(xiàn)，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(gè)盡可能靠近接收輸入端的１００Ω終端電阻跨在差分線(xiàn)上即可提供良好的匹配。