电平变换器SN74CBT_3384的特性及应用

-2-5国外电子元器件61998年第8期1998年8月

图25-V 器件与3.3-V 器件之间的4种接口

1.引言

随着计算机技术和VLSI 技术的迅速发展,器件工作频率越来越高。由于器件的功耗与其工作频率成线性关系,因此器件工作频率越高,功耗也就越大。而器件的功耗绝大部分转换成热能,热耗与器件工作的可靠性、电池的使用寿命密切相关,因此提高器件的工作频率时,必须设法降低器件的功耗。

器件的动态功耗由下式表示:

P D (dy nam ic )=[(C PD +C L )@V 2

CC @f ]N SW 式中:C PD 为功率分散电容(F);C L 为外部负载电容(F);V CC 为器件供电电压(V );f 为器件工作频率(H z);N S W 为输出总数。

可以看出,动态功耗与供电电压的平方成正比关系,因此稍微降低器件的供电电压,功耗将大大降低。为了适应这种要求,1991年出现了供电电压为3.3V 的低压器件(以下简称

3.3-V 器件)。3.3-V 器件出现以来,应用日趋广泛,但是由于许多因素的限制,现在设计、研制电子系统时,还难以全部采用3.3-V 器件,大部分系统中仍然采用5-V 器件,为了保证系统正常工作,必须进行电平相互转换。

2.电平转换标准及关系

目前数字器件有5-V CM OS 、5-V T TL 以及3.3-V TT L 三种。必须了解各类器件电平之间的关系才能完成不同电平之间的转换。图1给出了5-V CM OS 、5-V TT L 以及

3.3-V TT L 器件之间的电平转换标准及关系。

因为5-V CM OS 和5-V T TL 的电平转换标准不同,因此5-V 器件与3.3-V TT L 器件之间的电平转换就有4种可能,如图2所示。不同的接口,采取的转换方法也不相同。在图2(a)中,虽然5-V T TL 器件与3.3-V T TL 器件的供电电压不同,但转换电平相同,因此如

p 新特器件应用

电平变换器SN 74CBT @3384的特性及应用

西北工业大学

严胜刚

刘西林

杨道清

摘要:降低电源电压可以大大减小器件的动态功耗,因此近年来电子系统中大量应用3.3-V 器件。在某些情况下,必须进行电平转换,才能与5-V 器件联合使用。本文详细论述了电平转换器SN74CBT @3384的组成原理及特性,并根据不同器件的电平转换标准,具体讨论了5-V 器件与3.3-V 器件之间的各种电平转换方法。关键词:电平转换

电平转换标准

低压器件

图1不同器件的电平转换标准及关系(c)5-V CM OS 器件驱动

3.3-V T T L 器件(a)5-V T TL 器件驱动3.3-V T T L 器件(b)3.3-V T T L 器件驱动

5-V T T L 器件

(d)3.3-V T T L 器件驱动

5-V CM OS 器件

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电平变换器SN 74CBT @3384的特性及应用

图3SN 74CBT 3384的内部结构原理框图图4用SN 74CBT 3384

进行电平转换的原理框图

果3.3-V T T L 器件能够承受5V 电压,则这两种器件之间的接口不需要附加电路,否则,就需要附加电路或采用CBT(Cr oss Bar Techno-l og y)器件来进行电平转换。在图2(b)中,因为5-V TT L 器件的V IH 和V IL 电平分别为2V 和0.8V,因此只要3.3-V TT L 器件能够提供2.4V 的V OH 电平和0.4V 的V O L 电平,也不需要附加电平转换电路。对于后两种情况,因为5-V CM OS 器件和3.3-V TT L 器件的电平转换标准不同,因此它们之间的接口需要专门的转换器件。本文介绍用SN 74CBT 3384和SN 74CBT D3384来完成5-V CM OS 器件与3.3-V TT L 器件之间的电平转换。

3.SN 74CBT 3384的特性及应用

SN 74CBT 3384的内部结构原理框图如图3所示。由图可知,该器件由一对互补场效应管以及一个N 沟道的M OSFET 构成,并且

NM OS 管的漏极和源极与输入输出直接相连。由于NM OS 管导通的标准门限电压为1V ,因此只要栅极对源极的电压超过1V,该NM OS 管就处于导通状态。因此如果NM OS 的栅极与5V 的V CC 相连,那么栅极到源极1V 的压降就使源极的最高电压为4V,再通过NM OS 管典型导通电阻(58)的耦合,将完成5V 到4V 转换。由于采用NM OS 的漏极和源极进行信号传输耦合,因此传输延迟很短。如果栅极电压比V CC 低,则源极电压将被限制在4V 以下。该器件的信号传输是双向的。

二极管的典型导通压降为0.7V ,因此用SN 74CBT 3384进行电平转换时,需要将二极

管串联在电源和NM OS 的栅极之间。在某些情况下,器件工作时通过二极管的偏置电流不足以使二极管导通,因此为了保证足够的偏置电流,必须在二极管的阴极与地之间接一个电阻。用SN 74CBT 3384进行电平转换的原理框图如图4所示。

4.SN 74CBT D 3384的特性及应用

在大多数情况下,可以采用外接二极管来降低SN74CBT3384的供电电压,但随着低电压工艺的发展,低压器件的使用率以及系统对器件的体积和可靠性要求越来越高,采用外接二极管将增加制版的空间、降低系统的可靠性。为此SN74CBT D3384将SN74CBT 3384、外接二极管及电阻集成在一起,这样不仅减少印制版面积,还可降低器件的噪声敏感度和转换的错误率,从而提高了器件的可靠性。图5对SN74CBT 3384A 、SN74CBT 3384加外接二极管(1N 916)及电阻、SN74CBT D3384的输入输出电平进行了比较。

由图可知,SN 74CBT D3384的输出跟踪输入电压变化,但是当输入达到5.5V 时,输出电压接近3.45V 。其后输入电压虽增加到极限值7V,输出电压仍被限制在3.5V 。

与SN 74CBT 3384相比,SN74CBT D3384的体积更小、可靠性更高,并且便于测试,因此在实际使用中,用SN74CBT D3384进行电平转换更为简便。

(下转P38)咨询编号:980801