低功耗MSP430单片机在3V与5V混合系统中的逻辑接口技术
2.2 总线保护电路
总线保护电路就是有一个MOS场效应管用作上拉或下拉器件,在输入端浮空(高阻)的情况下保护输入端处于最后有效的逻辑电平。图2(a)中的电路为一LVC器件总线保护电路,采取改进措施而使其输入端具有5V的容限。其基本原理如下:P沟道MOS场效应管具有一个内在的寄生二极管,它连接在漏极和衬底之间,通常源极与衬底是连在一起的,这就限制了输入电压不能高于Vcc+0.5V。现在的措施是用常闭接点S1将源极与衬底相连,当输入端电压比Vcc高0.5V时,比较器使S2闭合,S1断开,输入端电流不会通过二极管流向Vcc而使输入具有5V的容限。图2(b)是LVT和LAVT器件总线保持电路的例子。这种电路用了一个串联的肖特基二极管D,消除了从输入到Vcc的电流通路,从而可以承受5V输入电压。对于3V的总体保持LVC、LVT和ALVT系列器件可以承受5V的输入电压。但对于3V的ALVC、VCX等系列器件则不能,它们的输入电压被限制在Vcc+0.5V。
图3是用于3V CMOS器件输出电路的简化形式。当输出端电压高于Vcc+0.5V(二极管压降)时,P沟道MOS场效应管的内部二极管会形成一条从输出端到Vcc的电流通路。这种电路在与5V器件相接时需要加保护电路。
图4是一种带保护电路的CMOS器件输出电路。当输出端电压高于Vcc时,比较器使S1开路,S2闭合,电流通路消失。这样在三态方式时就能与5V器件相接。
2.3 biCMOS输出电路
LVT和ALVT器件的biCMOS输出电路如图5所示。它用双极NPN晶体管和CMOS场效应管来获得输出电压摆幅达到电源电压的要求。电流不会通过NPN双极晶体管回流到Vcc,但在P沟道MOS场效应管中的内在二极管仍然会形成一条从输出端到Vcc的电流通路(为了简化,图5中没有画出该二极管)。因此这种电路不能接高于Vcc的电压。
对图5电路所加的保护电路如图6所示。增加了反向偏置的肖特基二极管,用以防止电流从输出端流到Vcc。图6中的输出端与5V驱动器共用一条总线。在三态方式时,电路可以得到保护。当出现总线争夺即两个驱动器都以高电平驱动总线时,比较器将P沟道MOS场效应管断开。当3V器件处于等待方式而3V电源为0时,比较器和肖特基二极管可以起保护作用。
3 接口电路的有关参数
了解了3V器件为什么具有5V容限后,在MSP430与LSTTL、HCMOS、CMOS电路实现相互联接之间,要先了解各种电路和器件的参数,如表1所示。
表1 各种电路和器件参数
电路 电源电压范围 输入电平 输出电平 V(V) VIH(V) VIL(V) VOH(V) VOL(V) LSTTL 4.5~5.5 2 0.8 2.7 0.4 CMOS 3~18(取Vcc=5) 3.5 1.5 4.5 0.5 HCMOS 2~6 3.5 1 5.2 0.4 MSP430 1.83.6 0.8Vcc 0.2Vcc Vcc-0.6 0.6 ALVT系列 3.3或2.5 1.7 0.8 2.0 0.2~0.55 LVC系列 1.65~5.5 0.7Vcc 0.3Vcc 2.7~5.5 0.1~0.55
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