TMS320LF2407A在混合电压中的设计(2) 电路板, 可靠性, 电源, 接口

yuyang911220

　3 逻辑接口设计
　　由于TMS320LF2407A的引进，不同电压的逻辑系统将共存于同一个电路板中，譬如在同一电路板中存在3．3V和5V两种逻辑系统。因此，在设计逻辑器件之间的接口时，采用适当的方法，可以避免不同电压的逻辑器件接口时出现问题，从而保证所设计的电路数据传输的可靠性。
　　3．1 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相互接口时会存在以下三个主要问题：加到输入或输出引脚上允许的最大电压的限制问题；两个电源间电流的互串问题；必须满足的输入转换门限问题。

　　器件对加到输入脚或输出脚的电压通常是有限制的。这些引脚由二极管或分位元件接到Vcc。如果接入的电压过高，电流将会。通过二极管或分位元件流向电源。例如，3．3V器件的输入端接上5V信号，则5V电源将会向3．3V电源充电，持续的电流将会损坏二极管和电路元件。 在等待或掉电方式时，3．3V电源电压降到0V，大电流将流通到地，这使总线上的高电平被下拉到地，这些情况将引起数据丢失和元件损坏。必须注意的是：不管是在3．3V的工作状态或是0V的等待状态，都不允许电流流向Vcc。
　　另外，用5V的器件驱动3．3V的器件会有很多种不同情况，而且TTL和CMOS间的转换电平也存在着不同情况。在这些情况下，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。
　　3．2 3．3V和5V逻辑器件之间的接口
　　TMS320LF2407A的典型工作电压是3．3V，其I／O口的电平也是3．3V。在进行外围接口设计时，如果外围器件的工作电压是3．3V，接口电路就比较简单，可以直接相连。如CYPRESS的CY7C1021BV33是一种64Kxl6的高性能CMOS静态RAM，可以直接与TMS320LF2407A相连，对TMS320LF2407A的数据区进行扩展。 但是，由于现在有许多常用外围芯片的工作电压都是5V，如EPROM等，而TMS320LF2407A的I／0工作电压是3．3V，I／O的电平也是3．3V，因此在TMS320LF2407A和5V的外围芯片之间就存在着可靠接口的问题。图2为5V CMOS、5V TTL和3．3V TTL电子的转换标准。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。从图中可以看出5V m和3．3V TYL的转换标准是一样的，而5V CMOS的转换小平是不同的。因此，在将3．3V和5V系统接口时，必别考虑到两者的不同。
　　所以，设计3．3V和5V的逻辑器件之间的接口时应考虑以下四种情况：
　　（1）5V TTL器件驱动3．3V TTL器件(LVC)。由于5VTTL和3．3V TTL的电子标准是一样的，因此，如果3．3V TTL的器件可以承受5V的电压，两种器件之间就可以直金相连，而不需要额外的器件。但是如果3．3VTTL的器件不能承受5V的电压，则需要添加专门的电路或者器件进行电平转换，譬如在接口设计中，增加一个额外的二极管来产生0．7V的电压降。当然，最好的办法是在两个器件之间增加一个TI公司的CBT标准的缓冲器，该缓冲器中集成了上述二极管。
　　(2)5V CMOS器件驱动3．3V TTL器件(LVC)。显然，两者的转换电平是不一样的。对5V CMOS的VOH和VOL以及3．3V TrL的VIH和VIL做十分析可以得出，虽然两者存在着一定的差别，但是能够承受5V电压的3．3V器件与5V CMOS器件接口时，却可以正常工作。也就是说，5V CMOS器件可以驱动那些能够承受5V电压的3．3V器件。
　　(3)3．3V TTL器件(LVC)驱动5V TTL器件。由于两者的转换电平标准是一样的，因此两者相连时，不需要额外的器件。因为5V TTL器件的VIH和VIL电平分别是2V和0．8V，所以只要3．3V器件的VOH和VOL电平分别是2．4V和0．4V，5V TTL器件就可以将输入电平识别为有效电平。
　　（4）3．3V TTL器件（LVC）驱动5V CMOS器件。两者的转换标准是不一样的。从图中可以看到，3．3V器件的VOH为2．4V，而5V CMOS的VIH为3．5V。即使3．3VLVC输出的电压达到3．3V，也不能够满足5V CMOS的高电平所要求的最小值，所以3．3V TTL器件(LVC)是不能直接驱动5V CMOS器件的。在这种情况下，可以使用TI公司提供的一种驱动器，如SN74ALVCl64245和SN74ALVC245。此类芯片采用双电压供电，一边是3．3V供电，而另一边是5V供电，因此可以较好地解决3．3V器件和5V CMOS器件之间的电平转换问题。
　　3．3 TMS320LF2407A与外围器件的接口实现
　　在设计TMS320LF2407A的外围接口时，首先需要仔细分析TMS320LF2407A以及相关外围器件的电平转换标准，这可以从器件的电气参数表中获得。TMS320LF2407A、M27C516(EPROM)和80C250的电平标准。
　　M27C516是一个32K的EPROM，可使用该器件对TMS320LF2407A的程序区进行扩展。TMS320LF2407A的VOH和VOL分别为2．4V和0．4V，而M27C516的VIH和VIL分别是2．0V和0．8V，因此从TMS320LF2407A到M27C516的单线控制线和地址线是可以直接相连的。但是LF2407A不能承受5V的电压，所以从M27C516到TMS320LF2407A的数据线不能够直接相连。解决的办法是在中间增加一个缓冲器件，如74ALVCl64245。它采用双电压供电，一边采用3．3V供电，另一边采用5V供电，因此可将3．3V的电平转换为5V的电平，相反也可以将5V的电平转换为3．3V的电平，它可以用作两个8位总线驱动器或者一个16位总线驱动器。TMS320LF2407A和M27C516通过74LVCl64245的接口示意图如图3所示。
　　总线接口时可以采用增加缓冲器件的方式，但是对于串口的接口，没有必要增加缓冲器件，可以设计一些简单的电路来实现，如与82C250的接口。82C250是驱动CAN控制器和物理总线间的接口，提供对总线的差动发送和接收功能。TMS320LF2407A的VOH是2．4V，而82C250的VIH是3．5V以上，很明显TMS320LF2407A驱动不了82C250； 同时，82C250的VOH大于4V，而TMS320LF2407A的VIH最大为3．6V，不能承受5V的电压，因此，在TMS320LF2407A与82C250接口需要增加额外的电平转换电路。图4为一个由电阻和二极管组成的电平转换电路，在CANTX输出端，增加了一个二极管，从而使TXD接收的电压提升了0．7V；同时RXD的电平经过了两个电阻的分压，使得CANRX接收的电平可以保证在3．3V内。
　　当然，在CANTX和TXD之间还可以使用74LVC07来实现接口。这是一种简单的电平移位器件，它使用一个漏极开路的缓冲器去驱动5V CMOS器件的输入。因此，在CANTX和TXD之间增加一个74LVC07，并在其输出端可通过上拉电阻接到5V电源上，从而驱动TXD。 5V和3．3V器件甚至更低电压的器件并存于一个系统中，这种情况已经存在并且还将存在很长一段时间。因此在设计这种混合电压的系统时，需要仔细分析其中的逻辑器件接口问题。对于TMS320LF2407A来说，它是低电压的芯片，如果与其它芯片的接口设计不好，不仅无法体现其低功耗的特点，而且会降低数据传输的可靠性，甚至会损害芯片。本文中介绍的几种方法，经实验验证具有较高的可靠性。