数字芯片的驱动能力详解

数字芯片的驱动能力详解
1.芯片驱动能力基本概念
芯片驱动能力，是指在额定电平下的最大输出电流；或者是在额定输出电流下的最大输出电压。

具体解释如下。

当逻辑门输出端是低电平时，灌入逻辑门的电流称为灌电流，灌电流越大，输出端的低电平就越高。

由三极管输出特性曲线也可以看出，灌电流越大，饱和压降越大，低电平越大。

然而，逻辑门的低电平是有一定限制的，它有一个最大值UOLMAX。

在逻辑门工作时，不允许超过这个数值，TTL逻辑门的规范规定UOLMAX ≤0.4。

所以，灌电流有一个上限。

当逻辑门输出端是高电平时，逻辑门输出端的电流是从逻辑门中流出，这个电流称为拉电流。

拉电流越大，输出端的高电平就越低。

这是因为输出级三极管是有内阻的，内阻上的电压降会使输出电压下降。

拉电流越大，输出端的高电平越低。

然而，逻辑门的高电平是有一定限制的，它有一个最小值UOHMIN。

在逻辑门工作时，不允许超过这个数值，TTL逻辑门的规范规定UOHMIN ≥2.4V。

所以，拉电流也有一个上限。

可见，输出端的拉电流和灌电流都有一个上限，否则高电平输出时，拉电流会使输出电平低于UOHMIN；低电平输出时，灌电流会使输出电平高于UOLMAX。

所以，拉电流与灌电流反映了输出驱动能力。

（芯片的拉、灌电流参数值越大，意味着该芯片可以接更多的负载，因为，例如灌电流是负载给的，负载越多，被灌入的电流越大）。

2.怎么通过数字芯片的datasheet看其驱动能力
以时钟buffer FCT3807例，下图是从Pericom的FCT3807的datasheet截取的。

当其输出为高电平2.4V时，其输出电流为8mA，也就是拉电流为8mA。

如果输出电流大于8mA，那么其输出电平就低于2.4V了，就不能称其输出高电平，所以可以说FCT3807输出高电平的驱动能力为8mA。

同样道理，FCT3807输出低电平的驱动能力为24mA。

3.怎么通过数字芯片的驱动能力来估算输出信号的过冲等指标
仍然以Pericom的FCT3807为例，其输出为高电平时的输出阻抗为：
RH= （3.3V – 3V ）/ 8mA = 37.5欧姆。

其输出为低电平时的输出阻抗为：
RL= 0.3V / 24mA = 12.5欧姆。

从上面的计算可以看出，3807输出为高电平和输出为低电平时的驱动能力不一样，也就是输出阻抗不一样，所以用串联匹配的方法很难做到完全匹配，常常表现为overshoot-大于
overshoot+，即下冲远大于上冲。

下图是FCT3807输出，点对点连接负载，在负载端量到的信号，串联匹配电阻为33欧姆。

从上图可以看到，下冲的幅度为526mv，上冲的幅度为240mv。

估算下冲如下：
50/(50+12.5+33) * 3.3 *2 -3.3 = 155mv。

可以看出，估算值与实际测量的值有不小的误差，误差大概有以下几个原因：（1）传输线的阻抗有偏差；（2）驱动器的输出阻抗在整个I-V曲线上都是变化的，因此估算的输出阻抗也有偏差；（3）测量误差；（4）走线过程中的过孔和负载因素等都没有考虑进去。

但是总的来说，通过这个方法可以评估一个芯片的驱动能力，借此我们可以选择合适的匹配电阻。

4.总结
数字芯片可以从其输出电流的大小看出其驱动能力，一般来说，输出电流越大，表明输出阻抗越小，在相同匹配电阻的情况下，其输出信号的过冲也越大。