混合逻辑电平的接口技术

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摘要：介绍了3.3V和5.0V逻辑电平、RS-232C逻辑电平、LVDS信号的电特性，讨论了它们相互间的接口技术。

    关键词：接口 逻辑电平 电源变换

在功耗低、体积小的便携式设备（蜂窝电话、ＰＤＡ、笔记本电脑、数字相机等）的应用需求驱动下，越来越多的半导体器件采用低电压设计技术，很多半导体器件制造厂家纷纷推出３．３Ｖ和２．５Ｖ等一系列超低功耗集成电路。这样使很多低电压逻辑标准得以广泛应用。在新一代的银行终端、教育终端等产品的设计过程中，为了降低成本、保持与终端外设的兼容性，还需要在同一系统中采用许多不同逻辑标准的器件，因此在同一系统中不可避免地存在不同供电电压的模块。如何解决不同的逻辑电平信号间的接口问题，就成了硬件工程师面临的关键技术。本文结合ＴＦＴ彩色液晶网络终端的设计，详细介绍了几种逻辑电平信号的接口特性，并讨论了它们之间的接口技术。

１ ＤＣ／ＤＣ电源变换

传统的线性稳压器，如ＬＭ１１７系列都要求输入电压比输出电压高３Ｖ以上，否则不能正常工作，同时传统的线性稳压器转换效率低，发热量大，所以ＬＭ１１７系列已经不能满足低功耗小体积的应用系统的电源设计要求。电池供电的便携式设备，对于电源转换效率和散热要求更高，所以必须寻求其他的解决方案。

ＴＦＴ彩色液晶网络终端主板涉及大量的５．０Ｖ和３．３Ｖ逻辑信号，必须有５．０Ｖ和３．３Ｖ两个供电模块。为了与其它系列终端的外置电源兼容，这里采用国家半导体公司的ＬＭ２５７６从１２Ｖ变换到５Ｖ，再采用ＭＩＣＲＥＬ公司的ＭＩＣ５２０７(或Ｌｉｎｅａｒ公司的ＬＴ１０８６)从５Ｖ变换到３．３Ｖ。

ＬＭ２５７６是基于开关电源技术的低电压输出单片集成电路，内置５２ｋＨｚ的振荡电路，仅仅需要４个外围器件，电源转换效率高达７７％，输出电流最大可达３Ａ，发热量小,电磁辐射小，可靠性高。

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可以低至０．２Ｖ～１．３Ｖ，可以实现５Ｖ转３．３Ｖ／２．５Ｖ、３．３Ｖ转２．５Ｖ／１．８Ｖ等要求。生产ＬＤＯ的公司很多，如ＡＬＰＨＡ、 ＬＴ(Ｌｉｎｅａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ)、ＮＩ(Ｎａｔｉｏｎａｌ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ)、ＴＩ等。低压差线性稳压器ＭＩＣ５２０７特别适合手持的电池供电设备，它有一个与ＣＯＭＳ、ＴＴＬ电平兼容的使能控制引脚，便于关断电源降低功耗，其外围电路也特别简单。

２ 各种逻辑电平信号的电特性

在ＴＦＴ彩色液晶网络终端系统中，中央处理器Ｉｎｔｅｌ ＰＸＡ２５５的Ｉ／Ｏ端口是３．３Ｖ的ＣＭＯＳ结构；ＵＳＢ Ｈｏｓｔ控制器ＳＬ８１１ＨＳ的Ｉ／Ｏ端口是３．３Ｖ的ＣＭＯＳ结构?熏兼容ＴＴＬ电平；超级Ｉ／Ｏ控制器Ｗ８３９７７ＡＴＦ具有５．０Ｖ ＣＭＯＳ和５．０Ｖ ＴＴＬ两种 Ｉ／Ｏ端口。它们的电平特性如表１所示。遵守同一逻辑电平标准的不同器件，端口的电特性可能略有不同，即使是同一器件，在不同环境下表现出的电特性也是不同的，所以在设计电路时，一定要具体情况具体分析。

表１中，ＶＯＨ表示输出高电平的最小值；ＶＯＬ表示输出低电平的最大值。表１ＶＩＨ表示输入高电平的最小值；ＶＩＬ表示输入低电平的最大值。表１列出了器件的常见电特性，有些集成电路略有差别。

表1 PXA255、SL811HS与W83977ATF I/O端口的电平特性

逻辑标准	GND	VCC	VOH(最小值)	VOL（最大值）	VIH(最小值)	VIL(最大值)
3.3V COMS	0.0V	3.3V	Vcc-0.1V(3.2V)	0.4V	0.8Vcc(2.64V）	0.2Vcc(0.66V)
3.3V TTL	0.0V	3.3V	2.4V	0.4V	2.0V	0.8V
5.0V CMOS	0.0V	5.0V	3.5V	0.4V	0.7Vcc(3.5V)	0.3Voc(1.5V)
5.0V TTL	0.0V	5.0V	2.4V	0.4V	2.0V	0.8V

银行终端需要外接的串口设备多达８个以上，所以解决ＲＳ－２３２Ｃ串口与３．３Ｖ和５．０Ｖ逻辑电平接口也是ＴＦＴ彩色液晶网络终端系统的一项重要技术（实达电脑公司有些终端的串口是ＴＴＬ电平）。

ＲＳ－２３２Ｃ标准是美国ＥＩＡ(电子工业联合会)与ＢＥＬＬ等公司一起开发的、于１９６９年公布的通信协议，全称是ＥＩＡ－ＲＳ－２３２Ｃ。它适于数据传输速率在０～２００００ｂｐｓ的通信。这个标准对串行通信接口的有关问题，如信号线功能、电特性都作了明确规定。由于通信设备厂商都生产与ＲＳ－２３２Ｃ制式兼容的通信设备，因此，它作为一种标准，目前已在微机通信接口中广泛采用。

ＲＳ－２３２Ｃ采用负逻辑，规定＋３Ｖ～＋１５Ｖ任意电压表示逻辑０（或信号有效），－３Ｖ～－１５Ｖ任意电压表示逻辑１（或信号无效）。

目前生产ＴＦＴ液晶显示屏的厂家主要有ＬＧ．ＰＨＩＬＩＰＳ、ＳＡＭＳＵＮＧ、ＳＨＡＲＰ、ＮＥＣ等。这些显示屏，有的是ＴＴＬ电平接口，有的是ＬＶＤＳ接口。使用ＴＴＬ电平接口，其有效距离仅为５０ｃｍ?鸦如果是３．３Ｖ电平，

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