電平轉換器

很多電子系統(tǒng)繼續(xù)向更低的電壓信號水平轉移。這個發(fā)展潮流背后的動力是對減少功耗的需求。更快的整流速度和降低信號噪聲等方面的進步既方便了設計者，也向他們提出了新的挑戰(zhàn)。 微處理器在向較低的電壓水平進軍的過程中一馬當先。處理器I/O電壓正從1.8V轉移到1.5V，而內(nèi)核電壓能夠低于1V。下一代微處理器甚至將采用更低的電壓。外圍設備組件的電壓雖然也在降低，但水平通常落后于處理器一代左右。電壓降低方面的發(fā)展不均帶來了系統(tǒng)設計者必須解決的關鍵性難題--如何在信號電平之間進行可靠的轉換。正確的信號電平可以保證系統(tǒng)的可靠工作，它們能夠防止敏感IC因過高或者過低的電壓條件而受損。目前電平轉換分為單向轉換和雙向轉換，還有單電源和雙電源轉換，雙電源轉換采用雙軌方案具有滿足各方面性能的要求。

SPI 的時鐘速率可超出20Mbps ,并由CMOS 推挽式邏輯輸出級驅動。數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯蜗蛐院喕宿D換器的設計。由于不必考慮數(shù)據(jù)在單條信號線上的雙向傳輸問題,因此,可以利用圖示的簡單電阻---二極管方案或晶體管方案。 雙向總線電平轉換需要考慮在單條信號線上實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸,這在具體實施時比較困難,電阻---二極管結構或單晶體管由于受其固有的單向傳輸特性的制約而無法勝任這項工作。I2C、SMBus、Dallas 半導體公司的1 - wire 均為雙向傳輸總線, 同時都是漏極開路I/ O 拓撲。其中I2C具有三種速率范圍,分別為低于100kbps 的標準模式、低于400kbps的快速模式和低于3. 4Mbps 的高速模式。

在單向電平轉換器件中, 對于那些能夠將較高邏輯電平轉換成較低邏輯電平的器件, IC制造商規(guī)定了器件所允許的輸入范圍,在規(guī)定的輸入范圍內(nèi),器件能夠將其輸入嵌位在過壓容限內(nèi)。由于具有輸入過壓保護的邏輯器件能夠承受的輸入電壓高于其供電電壓,因此,這些器件簡化了高邏輯電平至較低邏輯電平(Vcc 邏輯電平) 的轉換方案。而在高扇出或高容性負載連接器的設計中, 任何邏輯器件在降低電源電壓的同時,其輸出驅動能力也隨之降低,只有3. 3V CMOS/ TTL 與5V標準TTL 之間的轉換是一個特例。因為3. 3V 邏輯與5V 邏輯的門限是相同的。SPI 總線既需要較高邏輯電平至較低邏輯電平的轉換, 也需要將較低邏輯電平轉換到較高的邏輯電平。例如在處理器采用1. 8V 邏輯而外設邏輯為3. 3V時。當然, 利用上述分立方案也可以實現(xiàn)這種轉換, 但MAX1840/ MAX1841 或MAX3390 等單片方案則可大大簡化設計過程,如圖所示:

在通過并行總線進行電平轉換時, 由于通常已存在WR 和RD 信號, 因而可以采用總線開關(如74CBTB3384) 來實現(xiàn)不同邏輯電平之間的數(shù)據(jù)連接。對于單總線或2 線接口,一般需要考慮兩個問題:一是要有單獨的使能控制引腳來控制數(shù)據(jù)流向(占用有效的控制端口) ,二是芯片尺寸較大(占據(jù)較大的線路板尺寸) 。任何設計都存在正、反兩個方面的影響,但設計人員通常希望其能夠工作在任何邏輯電平,也就是希望其是一個既可實現(xiàn)由高電壓邏輯至低電壓邏輯的轉換,也可實現(xiàn)低電壓邏輯至高電壓邏輯的轉換, 既可完成單向電平轉換, 也能完成雙向電平轉換的通用器件。新一代雙向電平轉換器MAX3370 即可勝任上述工作, 無論它工作在低電壓邏輯, 還是工作在高電壓邏輯,均可依靠外部輸出驅動吸入電流來實現(xiàn)電平轉換的柵極傳輸(圖3) 。這種結構使該器件既可工作于漏極開路輸出級, 也可工作于推挽式輸出級。而且,MAX3370 具有相當?shù)偷膶娮?低于135Ω) ,對數(shù)據(jù)傳輸速率的影響很小。下圖是MAX3770 的內(nèi)部結構, 該器件具有兩個優(yōu)點: 首先對于漏級開路拓撲, MAX3370 內(nèi)部的10kΩ 上拉電阻與"加速"開關的并聯(lián)電路既省去了外部上拉元件, 也減小了由于RC 時間常數(shù)造成的紋波。在大多數(shù)漏極開路輸出電路中,數(shù)據(jù)速率受RC 時間常數(shù)的影響較大。而采用獨特"加速"結構的MAX3770 則大大提高了數(shù)據(jù)上升沿的上拉速,減小了容性負載的影響, 其允許數(shù)據(jù)速率高達2Mbps ,因而大大改善了傳統(tǒng)設計的性能; 其次, 由于MAX3370 器件采用的是微型SC70 封裝,因此可有效節(jié)省線路板的空間。

MAX3370 可以實現(xiàn)最低1. 2V、最高5. 5V 邏輯電平的轉換, 能夠滿足絕大多數(shù)設備對電平轉換的要求。需要說明的是: MAX3370 僅提供單線通用邏輯電平轉換。如果設計中存在多個I/ O 口線,則應參照表1 選擇其它芯片。隨著系統(tǒng)I/ O 電壓數(shù)量的增多, 電平轉換的設計也更加復雜。設計時需要綜合考慮容性負載、Vcc壓差的幅度和數(shù)據(jù)速率等問題。對于從較高邏輯電平至較低邏輯電平的轉換, 只要保證電平轉換中的Vcc 壓差符合器件所允許的容限即可。而在處理低電壓邏輯至高電壓邏輯的轉換, 且同時存在較大的Vcc 壓差時,問題將變得非常棘手。雙向電平轉換或漏極開路輸出結構都對數(shù)據(jù)速率的制約較大, 而Maxim的電平轉換器則利用其獨特的電路結構簡化了電平轉換的設計。它能夠在較寬的電壓范圍實現(xiàn)單向、雙向電平轉換,并可提供漏極開路或推挽式輸出。這些器件采用微小的封裝形式, 不需要任何外部元件,同時可大大節(jié)省線路板空間。

在新一代電子電路設計中, 隨著低電壓邏輯的引入,系統(tǒng)內(nèi)部常常出現(xiàn)輸入/ 輸出邏輯不協(xié)調(diào)的問題, 從而提高了系統(tǒng)設計的復雜性。例如, 當1. 8V的數(shù)字電路與工作在3. 3V 的模擬電路進行通信時,需要首先解決兩種電平的轉換問題,這時就需要電平轉換器。

隨著不同工作電壓的數(shù)字IC 的不斷涌現(xiàn),邏輯電平轉換的必要性更加突出, 電平轉換方式也將隨邏輯電壓、數(shù)據(jù)總線的形式(例如4 線SPI、32 位并行數(shù)據(jù)總線等) 以及數(shù)據(jù)傳輸速率的不同而改變?，F(xiàn)在雖然許多邏輯芯片都能實現(xiàn)較高的邏輯電平至較低邏輯電平的轉換(如將5V 電平轉換至3V 電平) ,但極少有邏輯電路芯片能夠將較低的邏輯電平轉換成較高的邏輯電平(如將3V邏輯轉換至5V邏輯) 。另外,電平轉換器雖然也可以用晶體管甚至電阻---二極管的組合來實現(xiàn), 但因受寄生電容的影響,這些方法大大限制了數(shù)據(jù)的傳輸速率。盡管寬字節(jié)的電平轉換器已經(jīng)商用化, 但這些產(chǎn)品不是針對數(shù)據(jù)速率低于20Mbps 的串行總線(SPITM、I2CTM、USB 等) 優(yōu)化的, 這些器件具有較大的封裝尺寸、較多的引腳數(shù)和I/ O 方向控制引腳,因而不適合小型串行或外設接口和更高速率的總線(如以太網(wǎng)、LVDS、SCSI等) 。

前言

一、CC4000雙3輸入或非門及反相器

二、CC4001四2輸入或非門

三、CC4002雙4輸入或非門

四、CC4006 18級靜態(tài)移位寄存器

五、CC4007雙互補對加反相器

六、CC4008 4位二進制超前進位全加器

七、CC4009六反相緩沖器/電平轉換器

八、CC4010六緩沖器/電平轉換器

九、CC4011四2輸入與非門

十、CC4012雙4輸入與非門

十一、CC4013雙上升沿D觸發(fā)器

十二、CC4014 8位移位寄存器

十三、CC4015雙4位移位寄存器(串行輸入并行輸出)

十四、CC4016四雙向開關

十五、CC4017十進制計數(shù)器/脈沖分配器

十六、CC4018可預置Ⅳ分頻計數(shù)器

十七、CC4019四2選1數(shù)據(jù)選擇器

十八、CC4020 14位二進制串行計數(shù)器/分頻器

十九、CC4021 8位移位寄存器(異步并行輸入，同步串行輸入/串行輸出)

二十、CC4022八進制計數(shù)器/脈沖分配器

二十一、CC4023三3輸入與非門

二十二、CC4024 7位二進制串行計數(shù)器/分頻器

二十三、CC4025三3輸入或非門

二十四、CC4026十進制計數(shù)器/脈沖分配器(七段譯碼輸出)

二十五、CC4027雙上升沿JK觸發(fā)器

二十六、CC4028 4線-10線譯碼器(BCD輸入)

二十七、CC4029 4位二進制/十進制加/減計數(shù)器(有預置端)

二十八、CC4032三串行加法器(正邏輯)

二十九、CC4033十進制計數(shù)器/脈沖分配器(七段譯碼輸出，行波消隱)

三十、CC40348位總線寄存器

三十一、CC4035 4位移位寄存器(并行輸入/并行輸出)

三十二、CC4038三串行加法器(負邏輯)

三十三、CC4040 12位二進制串行計數(shù)器/分頻器

三十四、CC4041四原碼/反碼緩沖器

三十五、CC4042四D鎖存器

三十六、CC4043四RS鎖存器(三態(tài)，或非)

三十七、CC4044四RS鎖存器(三態(tài)，與非)

三十八、CC4046鎖相環(huán)

三十九、cc4047單穩(wěn)態(tài)/無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器

四十、CC4048 8輸入多功能門(三態(tài)，可擴展)

四十一、CC4049六反相緩沖器/電平轉換器

四十二、CC4050六同相緩沖器/電平轉換器

四十三、CC4051 8選1模擬開關

四十四、CC4052雙4選1模擬開關

四十五、CC4053三2選1模擬開關

四十六、CC4055 4線一七段譯碼器(BCD輸入，驅動液晶顯示器)

四十七、CC4060 14位二進制串行計數(shù)器

四十八、CC4066四雙向開關

四十九、CC4067 16選1模擬開關

五十、CC4068 8輸入與非/與門

五十一、CC4069六反相器

五十二、CC4070四2輸入異或門

五十三、CC4071四2輸入或門

五十四、CC4072雙4輸入或門

五十五、CC4073三3輸入與門

五十六、CC4075三3輸入或門

五十七、CC4076四D寄存器(三態(tài))

五十八、CC4077四異或非門

五十九、CC4078 8輸入或非/或門

六十、CC4081四2輸入與門

六十一、CC4082雙4輸入與門

六十二、CC4085雙2-2輸入與或非門

六十三、CC4086 4路2-2-2-2輸入與或非門(可擴展)

六十四、(]C4089 4位二進制比例乘法器

六十五、CC4093四2輸入與非門(有施密特觸發(fā)器)

六十六、CC4094 8位移位和存儲總線寄存器

六十七、CC4095上升沿JK觸發(fā)器(同相)

六十八、CC4096上升沿JK觸發(fā)器(反相和同相)

六十九、CC4097雙8選1模擬開關

七十、CC4098雙可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

七十一、CC4502六反相器/緩沖器(三態(tài)，有選通端)

七十二、CC4508雙4位鎖存器(三態(tài))

七十三、CC4510十進制同步加/減計數(shù)器(有預置端)

七十四、CC4511 4線一七段鎖存譯碼器/驅動器

七十五、CC4512 8通道數(shù)據(jù)選擇器

七十六、CC4514 4位鎖存/4-16線譯碼器(高電平有效)

七十七、CC4515 4位鎖存/4-16線譯碼器(低電平有效)

七十八、CC4-516 4位二進制同步加/減計數(shù)器(有預置端)

七十九、CC4518雙十進制同步計數(shù)器

八十、CC4520雙4位二進制同步加計數(shù)器

八十一、CC4527 BCD比例乘法器

八十二、CC4532 8線-3線優(yōu)先編碼器

八十三、CC4538雙重單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器

八十四、CC4555雙2線-4線譯碼器(輸出高電平)

八十五、CC4556雙2線-4線譯碼器(輸出低電平)

八十六、CCl4006 18位移位寄存器

八十七、CCl4099 8位雙向可尋址鎖存器

八十八、CCl4504六TTL或CMOS-CMOS電平轉換器

八十九、CC14512 8選l數(shù)據(jù)選擇器(三態(tài))

九十、CCl4513 BCD一七段鎖存/譯碼/驅動器

九十一、CCl4522二-N-十進制減計數(shù)器(有預置端)

九十二、CCl4526二-N-十六進制減計數(shù)器(有預置端)

九十三、CCl4528雙可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(有清除端)

九十四、CCl4529雙4選1/8選1數(shù)據(jù)選擇器

九十五、CCl4539雙4選1數(shù)據(jù)選擇器

九十六、CCl4543 4線一七段、譯碼、BCD輸入有鎖存器驅動(液晶顯示器)

九十七、CCl4544 4線一七段鎖存、譯碼、驅動器(LCD)

九十八、CCl4547 4線一七段譯碼器/驅動器(BCD輸入)

九十九、CCl4560 BCD加法器

一00、CCl4561 BCD求反器

一0一、CCl4574四比較器

一0二、CCl4585 4位數(shù)值比較器

一0三、CCl4599 8位雙向可尋址鎖存器

一0四、CC4010l 9位奇偶發(fā)生器/校驗器

一0五、CC40103可預置8位二進制減法同步計數(shù)器

一0六、CC40105先入先出寄存器(三態(tài))

一0七、CC40106六反相器(有施密特觸發(fā)器)

一0八、CC40107雙2輸入與非緩沖器/驅動器(三態(tài))

一0九、CC40109四低~高電平轉換器(三態(tài))

一一0、CC40110十進制加減計數(shù)/譯碼/鎖存/驅動器

一一一、CC40147 10線一4線優(yōu)先編碼器(:BCD輸出)

一一二、CC40160十進制同步計數(shù)器(有預置端，異步清除)

一一三、CC40161 4位二進制同步計數(shù)器(有預置端，異步清除)

一一四、CC40162十進制同步計數(shù)器(同步清除)

一一五、CC40163 4位二進制同步計數(shù)器(同步清除)

一一六、CC40174六上升沿D觸發(fā)器

一一七、CC40181 4位算術邏輯單元/函數(shù)發(fā)生器

一一八、CC40182超前進位發(fā)生器

一一九、CC40192 4位十進制同步加/減計數(shù)器(有預置端，雙時鐘)

一二0、CC40193 4位二進制同步加/減計數(shù)器(有預置端，雙時鐘)

一二一、CC40194 4位雙向移位寄存器(并行存取)

一二二、CC40195 4位雙向移位寄存器(并行存取，JK輸入)

一二三、CC40208 4×4多端口寄存器陣(三態(tài))

附錄

附錄A 邏輯函數(shù)與邏輯符號

附錄B CMOS器件使用注意事項

附錄C CMOS器件工藝篩選項目及條件

附錄D 國際CMOS集成電路的文字符號

附錄E 國標CMOS集成電路型號的命名方法

附錄F 國標CMOS集成電路與國外CMOS集成電路型號對照的說明

概述:用于信號源和讀出設備之間的信號調(diào)理器件，如衰減器、前置放大器、電荷放大器以及對傳感器或放大器進行非線性補償?shù)碾娖睫D換器件。

典型應用1:內(nèi)置IC壓電加速度傳感器和采集顯示設備之間的通信:ICP壓電加速度傳感器需要恒流源供電，典型值為:24VDC 、4mA ，而不是電子儀器通常具備的恒壓源供電。ICP傳感器輸出的與振動加速度成正比的交流信號是疊加在一輸出偏壓上(8-12V)，而不是通常意義上的以地為參考點。由于上述兩大特點，ICP 壓電加速度傳感器不能直接使用，必須經(jīng)由信號調(diào)理器供電和信號處理后才可以和采集顯示設備通信。

信號調(diào)理器技術指標: 1) 通道數(shù) 2-16

2) 恒流供電電流 4mA

3) 恒流供電電壓 24V DC

4) 增益: 根據(jù)用戶要求 可在 1-100 之間定做 默認值為 1

5) 高頻上限 :根據(jù)用戶要求 可在 1-100kHz之間定做 默認值為 30kHz

6) 低頻下限 :0.08Hz

7) 供電電壓 :DC 24V (配套電源適配器AC220V --24VDC )

8) 工作溫度 :-10 +40℃

9) 工作濕度 :≤85%

典型應用2:XP系列信號調(diào)理器 (一進一出，一進二出)是在自動化控制系統(tǒng)中對各種工業(yè)信號變送、轉換、隔離、傳輸、運算的儀表，可與各種工業(yè)傳感器配合，取回參數(shù)信號，隔離變送傳輸，滿足用戶本地監(jiān)視遠程數(shù)據(jù)采集的需求。廣泛應用于機械、電氣、電信、電力、石油、化工、鋼鐵、污水處理、樓宇建筑等領域的數(shù)據(jù)采集、信號傳輸轉換、PLC、DCS 等工業(yè)測控系統(tǒng)，用來完善和補充系統(tǒng)模擬∣/O插件功能，增加系統(tǒng)適用性和現(xiàn)場環(huán)境的可靠度。