低压CPLDEPM7512A的混合电压系统设计

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增大字体作者：佚名来源：本站整理发布时间：2009-01-10 23:52:20

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摘要：较详细地阐述不同逻辑电平的接口原理。以低压CPLD EPM7512A为例，给出在混合电压系统中的具体设计方案。

关键词：低压CPLD 逻辑电平电源 EMP7512A

引言

　　随着微电子技术的飞速发展，体积更小、功耗更低、性能更佳的低压芯片不断涌现。I/O电平逻辑向3.3V、 2.5V、1.8V，甚至更低的方向发展。但数十年来，由于5V电源的器件一直占据比较重要的市场，在系统设计中它们经常共存在一块电路板中，因此在设计它们的过程中，就不可避免地要碰到不同电压电平的接口问题。

1 EPM7512A简述

　　EMP7512A是Altera公司推出的MAX7000A 系列的CPLD(Complex Programmable Logic Device)；采用CMOS EEPROM工艺，传输延时仅为3.5ns，可实现频率高达200MHz的计数器；内部具有丰富的资源——512个触发器，1万个用户可编程门；为了比较适合混合电压系统，提供了2.5V、3.3V电压的内核，通过配置，输入引脚可以工作兼容2.5V/3.3V/5V/逻辑电平，输出可以配置为 2.5V/3.3V逻辑电平输出。EPM7512A同时还提供了JTAG接口，可进行ISP编程，极大方便了用户。

2 电源设计

　　在本系统中，外界提供的电源为±12V和+5V，而EPM7512A的工作电压需接3.3V，所以首先要解决好电源的问题。以下是几种解决方案。

(1)采用低压差线性稳压芯片

　　线性稳压芯片是一种最简单的电源转换芯片，基本上不需要外围元件。使用方便、成本低、纹波小、无电磁干扰。但是传统的线性稳压器，如78xx系列都要求输入电压要比输出电压高2V~3V以上，否则不能正常工作，所以78xx系列已经不能够满足3.3V电源设计的要求。面对低电压电源的需求，许多电源芯片公司推出了低压差线性稳压器LDO(Low Dropout Regulator)。这种电源芯片的压差只有1.3V ~ 0.2V，可以实现5V转3.3V/2.5V，3.3V转2.5V/1.8V等要求。

(2)设计开关电源

　　开关电源也是实现电源转换的一种方法，且效率很高，但设计要比使用线性稳压器复杂得多。不过对于大电流高功率的设计，建议采用开关电源。现在开关电源里面的同步整流技术可以很好地解决低压、大电流的问题。

(3)电阻分压

　　这种方法简单、成本低，但是分压输出受负载大小影响，不推荐在低压系统中使用。综合对比上面几种方案，选用了TI公司的LDO芯片TPS7333QD，负载能力500mA，符合系统功耗要求。

3 逻辑接口设计

(1)各种电平的转换标准

　　EMP7512A的供电电压为3.3V，当VCCINT接3.3V时，输入口的逻辑电平范围为-2V~5.75V。输出口的逻辑电平范围为0V~VCCIO。VCCIO可以接2.5V或者3.3V。在进行CPLD系统设计时，除了CPLD本身外，还有很多外围的模块和芯片，比如Flash、D/A、A/D等。这些可归成两类——驱动CPLD的5V电平和被CPLD驱动的5V电平芯片。因此就存在一个如何将低压CPLD与这些芯片或模块可靠接口的问题。表1所列为5V CMOS、5V TTL和3.3V电平的转换标准。其中，VOH表示输出高电平的最低电压，VIH表示输入高电平的最低电压，VIL表示输入低电平的最高电压，VOL表示输出低电平的最高电压。从表1中可以看出，5V TTL和3.3V的转换标准是一样的，而5V CMOS的转换标准是不同的。因此，在将3.3V系统与5V系统接口时，必须考虑到两者的不同。

表1 5V CMOS/TTL、3.3V TTL逻辑电平标准

比较项目	VOL	VOH	VIL	VIH	VCC	GND
5V CMOS	0.5	4.44	1.5	3.5	5	0
5V TTL	0.4	2.4	0.8	2	5	0
3.3V TTL	0.4	2.4	0.8	2	3.3	0

(2)逻辑电平不同时接口出现的问题

　　在混合电压系统中，不同电源电压的逻辑器件互相接口存在以下几个问题。

① 加到输入和输出引脚上允许的最大电压限制问题。器件对加到输入或者输出脚上的电压通常是有限制的。这些引脚由二极管或者分离元件接到Vcc。如果接入的电压过高，则电流将会通过二极管或者分离元件流向电源。例如在3.3V器件的输入端加上5V的信号，则5V电源会向3.3V电源充电。持续的电流将会损坏二极管和其它电路元件。

② 两个电源间电流的互串问题。在等待或者掉电方式时，3.3V电源降落到0V，大电流将流通到地。这使得总线上的高电压被下拉到地，引起数据丢失和元件损坏。必须注意的是：不管在3.3V的工作状态还是在0V的等待状态，都不允许电流流向Vcc。

③ 接口输入转换门限问题。用5V的器件驱动3.3V的器件有很多不同的情况，同样TTL和CMOS间的转换电平也存在着不同情况。驱动器必须满足接收器的输入转换电平，并且要有足够的容限以保证不损坏电路元件。

(3)EPM7512A与5V电平接口的4种情形

　　在该系统中，有下面4种不同的情况需考虑。(配置脚VCCINT、VCCIO均须接3.3V，把EPM7512A配置成 3.3V TTL器件。)

① 5V TTL器件驱动EPM7512A(直接相连)。由于5V TTL和3.3V的电平转换标准是一样的，5V TTL器件输出的典型值为3.6V，因此，如果3.3V器件能够承受5V的电压，则从电平上来说是完全可以直接相连的。EPM7512A能承受5V TT

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