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pcb设计中常见接口类型



我们知道,在电路系统的每个子模块的数据交换中可能存在一些问题,以致于信号不能被正常地高质量地传播。例如,有时电路子模块的工作顺序出现偏差(例如CPU和外围设备)或各个信号类型不一致(例如传感器检测到光信号)等,那么我们应该考虑相应的接口很好地解决这个问题。

以下是PCB设计中常用接口类型的特点描述:

1TTL电平接口

TTL电平比较常见,它的速度通常限制在30MHz,这是由于BJT(构成低通滤波器)的输入端有几个pF输入电容器。如果输入信号超过某个频率,该信号将丢失。它的驱动能力通常高达数十毫安。正常工作的信号电压通常较高,如果它靠近具有较低信号电压的ECL电路,则会出现更严重的串扰问题。

2RS232接口

它是低速串行通信接口准。应该注意的是,它的电平标准有点异常:高电平是-12V,低电平是+ 12V。因此,当我们尝试通过计算机与外围设备通信时,电平转换芯MAX232自然是必不可少的。但是我们必须意识到它的一些缺点,例如较慢的数据传输速度和较短的传输距离。

 3、差分接口

它使用一对端子AB的相对输出电压(uA-uB)表示信号。通常,差分信号将在信号传输过程中通过复杂的噪声环境,从而导致两条线路都产生。噪声量基本相同,并且噪声的噪声会在接收端被抵消,因此可以实现更长距离,更高速率的传输。业界常用的RS-485接口采用差分传输方法,具有良好的抗共模干扰能力。

4ECL级接口

ECL:发射极耦合电路,也称开关逻辑性电路。它的速度特别快,可以达到数百兆赫!这是因为ECL内部的BJT在打开时不会饱和,因此可以减少BJT的打开和关闭时间,自然可以提高工作速度。但是,这是要付出的代价!其致命伤害:耗电量大!由它引起的EMI问题值得考虑,并且抗干扰能力也不是更好,如果任何人都可以妥协这两点,那么他或她应该发大财。还应注意,普通的ECL集成电路需要负电源,也就是说,其输出电压为负,并且需要特殊的电平转换电路。

5CMOS级接口

我们对此并不陌生,正常情况下,CMOS的功耗和抗干扰能力要比TTL好得多。但是,鲜为人知的是,在高开关频率下,CMOS系列实际上比TTL消耗更多的功率。由于目前CMOS的工作电压可能很小,因此某些FPGA内核的工作电压甚至接近1.5V,这使电平之间的噪声裕度远小于TTL,从而增加了电压波动。信号判断不正确。CMOS电路的输入阻抗很高,因此无需使用大的电解电容器就可以减小耦合电容。由于CMOS电路通常具有较弱的驱动能力,因此有必要在驱动ECL电路之前执行TTL转换。另外,在设计CMOS接口电路时,应注意避免电容负载过大,否则上升时间将变慢,驱动器设备的功耗将增加(因为电容负载不会消耗功率)。

 6、光电隔离接口

光电耦合是基于光信号的电信号的耦合和传输。它的好处是实现电气隔离,因此具有出色的抗干扰能力。在电路工作于高频的情况下,基本上只有高速光隔离接口电路可以满足数据传输的需求。有时,为了实现高电压和高电流控制,我们必须如上所述设计和使用光隔离接口电路来连接这些低电平,低电流TTLCMOS电路。因为光隔离接口的输入和输出电路可以承受几千伏的高压,这对于一般应用来说已经足够了。

此外,光隔离接口的输入和输出部分必须使用单独的电源,否则,存在电接触,达不到隔离目标。

7、线圈耦合接口

其电隔离特性良好,但允许的信号带宽有限。例如,变压器耦合,其功率传输效率非常高,输出功率基本上接近其输入功率。因此,对于升压变压器,它可以具有较高的输出电压,但只能提供较低的电流。另外,变压器的高频和低频特性不容乐观,但其极大特点是可以实现阻抗变换。合理匹配后,负载即可获得足够的功率。因此,在功率放大器电路设计(PCB设计)中经常使用变压器耦合接口。

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