7个常用的电路接口要点及说明书_7个常用的电路接口要点及说明

我们知道电路系统各子模块的数据交换可能会出现一些问题,导致信号无法正常高质量的“流通”。比如有时电路各子模块的工作时序有偏差(比如CPU和外设)或者各子模块的信号类型不一致(比如传感器检测光信号)。这时候就要考虑通过相应的接口方法来处理好这个问题。

以下是电路设计中七种常用接口类型的要点:

(1)TTL电平接口:

这种接口类型基本上是老生常谈。从大学学模拟电路和数字电路开始,TTL级接口基本离不开通用电路设计!它的速度一般限制在30MHz,因为BJT的输入端有几个pF输入电容(形成一个l pF)。如果输入信号超过一定频率,信号就会“丢失”。它的驱动能力一般最多几十毫安。正常工作信号电压一般较高,如果靠近信号电压较低的ECL电路,会产生明显的串扰问题。

(2)CMOS级接口:

我们对它并不陌生,也经常和它打交道。这里不需要赘述CMOS的一些半导体特性。很多人都知道,一般情况下,CMOS的功耗和抗干扰能力远远优于TTL。但是!鲜为人知的是,在高开关频率下,CMOS系列其实比TTL更耗电。至于为什么,请问半导体物理的理论。由于目前CMOS的工作电压可以很小,有些FPGA核甚至工作在接近1.5V,使得电平之间的噪声容差远小于TTL,从而加重了电压波动带来的信号判断误差。众所周知,CMOS电路的输入阻抗很高,所以在不使用大电解电容的情况下,其耦合电容可以很小。由于CMOS电路通常驱动能力较弱,所以在驱动ECL电路之前必须进行TTL转换。另外,在设计CMOS接口电路时,要注意避免容性负载过载,否则会减慢上升时间,增加驱动器件的功耗(因为容性负载不消耗功率)。

(3)ECL级接口:

这是电脑系统里面的老朋友!因为它的速度“跑”得够快,甚至可以跑到几百MHz!这是因为ECL内部的BJT在开启时并不饱和,可以减少BJT的开启和关闭时间,自然提高工作速度。但是,这是要付出代价的!它的致命伤:耗电高!由其引起的EMI问题值得考虑,抗干扰能力也好不了多少。如果有人能兼顾这两个因素,那么他或她应该会大赚一笔。还需要注意的是,一般的ECL集成电路需要负电源,即其输出电压为负,所以需要专门的电平移位电路。

(4)RS-232电平接口:

玩电子技术的基本没有不知道的(除非他(她)只是个电子技术的“门外汉”)。它是一种低速串行通信接口标准。需要注意的是,它的等级标准有点“变态”:高等级为-12V,低等级为12V。所以,当我们试图通过计算机与外设进行通信时,一个电平转换芯片MAX232自然是必不可少的。但是,我们不得不清醒地认识到它的缺点,如数据传输速度慢,传输距离短。

(5)差压平衡液位接口:

它使用一对端子A和B的相对输出电压(uA-uB)来表示信号。一般来说,这种差分信号在信号传输过程中会经过复杂的噪声环境,导致两条线路上的噪声量基本相同,噪声的能量会在接收端被抵消,因此可以实现长距离高速传输。工业上常用的RS-485接口采用差分传输方式,具有良好的抗共模干扰能力。

(6)光隔离接口:

光电耦合以光信号为介质,实现电信号的耦合和传输。它的“优点”是可以实现电气隔离,所以抗干扰能力很强。在高工作频率条件下,只有高速光电隔离接口电路才能满足数据传输的需要。有时候为了控制高压大电流,我们必须设计使用光隔离接口电路来连接这些低电平小电流的TTL或CMOS电路,因为光隔离接口的输入回路和输出回路可以承受几千伏的电压,对于一般应用来说已经足够了。另外,光隔离接口的输入输出部分必须使用独立的电源,否则仍然存在电气连接,不叫隔离。

(7)线圈耦合接口:

它具有良好的电气隔离特性,但允许的信号带宽有限。比如变压器耦合,它的功率传输效率很高,输出功率基本接近输入功率。所以对于升压变压器来说,可以有更高的输出电压,但只能给出更低的电流。另外,变压器的高频低频特性也不乐观,但它最大的特点是可以实现阻抗变换。匹配得当,负载可以获得足够的功率。因此,变压器耦合接口在功放电路设计中非常受欢迎。