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5V与3V器件的兼容设计
(2011/11/2 9:20:00)
在一个设计中既用到5V器件又用到3V器件
很让人头疼,希望下个月大家讨论这个问题一般怎么解决.

网友评论:大家先看看下面这个图,讨论一下可能存在风险的地方.下图是3.3V的51单片机与5V的PS2键盘的接口.

网友评论:大家先想想该怎样接吧!

网友评论:支持

网友评论:大家看过图后,多侃侃自己的想法或疑问。

网友评论:遵循基本原则,应该采用OC方式的接口IC,比如74HC07之类的(74lvc07更好),一片搞定,一点风险也没有。

网友评论:这个电路的HC125另外两个三态门给其它部分用了。所以没选7407。
回BitFu这个HC125的VCC是接3.3V的。

网友评论:现在都是趋向低电压化了,用3.3V的地方比用5V的地方多得多了

除非要兼容某些老掉牙的旧设备,不然3.3V是趋势哦



网友评论:就说现在的PC机吧,核心电压1.8V,但要做出一个标准的并口(打印机口),就得与5V的器件进行接口。通常是用专用的LPC芯片完成转换。

网友评论:PS2的clk与dat本来就是oc可以直接用上拉拉到3.3,没有必要使用芯片

网友评论:逻辑电平兼容与逻辑电平转换(简单总结)

BBS上询问逻辑电平转换的人很多,几乎数日就冒一次头。而且电平转换的方法也不少,各有特点。我先做个简单实用的总结,省得老是重复讨论同样的问题。

1.常用的电平转换方案

(1)晶体管+上拉电阻法
就是一个双极型三极管或MOSFET,C/D极接一个上拉电阻到正电源,输入电平很灵活,输出电平大致就是正电源电平。

(2)OC/OD器件+上拉电阻法
跟1)类似。适用于器件输出刚好为OC/OD的场合。

(3)74xHCT系列芯片升压(3.3V→5V)
凡是输入与5VTTL电平兼容的5VCMOS器件都可以用作3.3V→5V电平转换。
——这是由于3.3VCMOS的电平刚好和5VTTL电平兼容(巧合),而CMOS的输出电平总是接近电源电平的。
廉价的选择如74xHCT(HCT/AHCT/VHCT/AHCT1G/VHCT1G/...)系列(那个字母T就表示TTL兼容)。

(4)超限输入降压法(5V→3.3V,3.3V→1.8V,...)
凡是允许输入电平超过电源的逻辑器件,都可以用作降低电平。
这里的“超限”是指超过电源,许多较古老的器件都不允许输入电压超过电源,但越来越多的新器件取消了这个限制(改变了输入级保护电路)。
例如,74AHC/VHC系列芯片,其datasheets明确注明“输入电压范围为0~5.5V”,如果采用3.3V供电,就可以实现5V→3.3V电平转换。

(5)专用电平转换芯片
最著名的就是164245,不仅可以用作升压/降压,而且允许两边电源不同步。这是最通用的电平转换方案,但是也是很昂贵的(俺前不久买还是¥45/片,虽是零售,也贵的吓人),因此若非必要,最好用前两个方案。

(6)电阻分压法
最简单的降低电平的方法。5V电平,经1.6k+3.3k电阻分压,就是3.3V。

(7)限流电阻法
如果嫌上面的两个电阻太多,有时还可以只串联一个限流电阻。某些芯片虽然原则上不允许输入电平超过电源,但只要串联一个限流电阻,保证输入保护电流不超过极限(如74HC系列为20mA),仍然是安全的。

(8)无为而无不为法
只要掌握了电平兼容的规律。某些场合,根本就不需要特别的转换。例如,电路中用到了某种5V逻辑器件,其输入是3.3V电平,只要在选择器件时选择输入为TTL兼容的,就不需要任何转换,这相当于隐含适用了方法3)。

(9)比较器法
算是凑数,有人提出用这个而已,还有什么运放法就太恶搞了。


2.电平转换的“五要素”

(1)电平兼容
解决电平转换问题,最根本的就是要解决逻辑器件接口的电平兼容问题。而电平兼容原则就两条:
VOH>VIH
VOL<VIL
再简单不过了!当然,考虑抗干扰能力,还必须有一定的噪声容限:
|VOH-VIH|>VN+
|VOL-VIL|>VN-
其中,VN+和VN-表示正负噪声容限。
只要掌握这个原则,熟悉各类器件的输入输出特性,可以很自然地找到合理方案,如前面的方案(3)(4)都是正确利用器件输入特性的例子。

(2)电源次序
多电源系统必须注意的问题。某些器件不允许输入电平超过电源,如果没有电源时就加上输入,很可能损坏芯片。这种场合性能最好的办法可能就是方案(5)——164245。如果速度允许,方案(1)(7)也可以考虑。

(3)速度/频率
某些转换方式影响工作速度,所以必须注意。像方案(1)(2)(6)(7),由于电阻的存在,通过电阻给负载电容充电,必然会影响信号跳沿速度。为了提高速度,就必须减小电阻,这又会造成功耗上升。这种场合方案(3)(4)是比较理想的。

(4)输出驱动能力
如果需要一定的电流驱动能力,方案(1)(2)(6)(7)就都成问题了。这一条跟上一条其实是一致的,因为速度问题的关键就是对负载电容的充电能力。

(5)路数
某些方案元器件较多,或者布线不方便,路数多了就成问题了。例如总线地址和数据的转换,显然应该用方案(3)(4),采用总线缓冲器芯片(245,541,16245...),或者用方案(5)。
如果只有一两个信号要转换,弄个16245固然罗嗦,就是74AHC04之类的SO-14的芯片,也嫌大了,这是可以考虑TI或Onsemi的单/双门逻辑系列,如74AHC1G04,74AHCT1G04...可以节省板面积、优化布线。

(6)成本&供货
前面说的164245就存在这个问题。“五要素”冒出第6个,因为这是非技术因素,而且太根本了,以至于可以忽略。

-----------------------
补充:我发现漏了一种情况

像有人发帖问的,5V->15V(非标准逻辑电平)

对于这种电平提升幅度较大的场合:
1.低速:方案(1)
2.高速:“挪用”大功率MOSFET驱动芯片,如MAX627


网友评论:5V系统,接口3.3V的AT45DB161,可以直接接,问这为什么,看DATASHEE,提到这款3.3V芯片的IO有5V耐受力,加5V不会出问题的。
5V系统,接口3.3V的NANDFLASH,能直接接吗?不能,为什么,因为这芯片不允许IO口有5V电平出现,除了楼上提到的方法,还有比较典型的CPLD降压法能解决这问题
3.3V的LPC2114系统,接口5V的24C04,可以直接接,因为LPC2114明确指示其IO口有5V的耐受性。
高电平转换成低电平,可以用MC1413来实现,原理与三极管或OC门似,但其一片带7个反相器,用起来很方便。

网友评论:俺喜欢简单的几路时:

正逻辑:
3V---->OC门+上拉电阻---->OC门+上拉电阻---->5V

负逻辑:
3V<----上拉电阻+(正)二极管(负)<----5V

这里的OC门俺一般喜欢用MC1413(ULN2003)或ULN2803.

俺几乎从不用74HC07之类的玩意~~~

网友评论:7407好买,又耗电很大,俺推荐尽量用74LVC245驱动器和MC1413来做设计。

网友评论:不过,需要换几个电阻。这种控制IC的lcd到处都是。很多12864,12832的都是。而且支持汉字。

网友评论:是ST7920,不是STC7920

网友评论:MC1413(ULN2003)或ULN2803有贴片的多么?价格几何?


网友评论:我也遇到类似问题,请大牛出来解决!

网友评论:可以用74hc系列,因为74hc系列工作电压范围都很宽,可以当作3-5V或5-3V的信号电平转换,如74HC244。或者用专用的电平转换芯片,如CBTD16210_274011。

网友评论:同一个型号的,同时提供3V和5V器件。

价格也差不多。

可以参考一下

网友评论:我是做劣质产品的,所以成本第一,质量第二!
如果是5V输到3V,串个电阻,
如果是3V输到5V,直接连接.

网友评论:而且数据总线用一片74lvc4245,控制总线也要用一片74lvc4245.有没有更好的方法连接3V的MCU与5V的并行外设?

网友评论:我是做劣质产品的

我是做劣质产品的,所以成本第一,质量第二!
如果是5V输到3V,串个电阻,
如果是3V输到5V,直接连接.




网友评论:加上拉用2.2K的电阻会比较合理的.

网友评论:古道热肠说:
5V系统,接口3.3V的AT45DB161,可以直接接,问这为什么,看DATASHEE,提到这款3.3V芯片的IO有5V耐受力,加5V不会出问题的。

--但是ATMEL的DATAFLASH已经全部升级到尾缀是“D”的了,手册里没有写“3.3V芯片的IO有5V耐受力”,还可以直接接吗?
AT45DB0XXD的工作电压不变,还是2.7-3.6V。


网友评论:即要保证速度有要降低成本
比较麻烦
想不出高招
观望中.......

网友评论:
我这有篇文章,专门介绍3V与5V兼容设计技巧的,送给大家,
文件太大在这上传不了,到我的BLOG上下吧!希望对大家能有所帮助

http://zhumy.21ic.org/

网友评论:所谓“初生牛犊不畏虎”。
鹅怎么觉得很简单呢?
上拉,下拉,电源转换芯片,不就全解决了吗?



网友评论:我在做一个SOC,同时用5V和3.3V,所以用了AS1117,觉得还可以吧,也是朋友推荐的。

网友评论:还有3V的芯片,MCU是用3V的.怎么解决?

网友评论:5V的MCU3V的模块
MCU到模块有3-4条控制线+串口UART
模块到MCU有4条应答线

有高手有好的方案吗?

上拉+下拉搞太多分立元件了

网友评论:而且数据总线用一片74lvc4245,控制总线也要用一片74lvc4245.有没有更好的方法连接3V的MCU与5V的并行外设?




网友评论:5V到3V,2电阻分压;3V到5V,1电阻上拉;用的电阻确实多,不过成本省阿
我用的2K,3K分压,10K上拉,取值应该没问题吧?

网友评论:有5V到3.3V的芯片,但忘了型号,嘿嘿,不好意思

网友评论:几毛钱,G接低电压电源,D接高电压逻辑,S接低电压逻辑

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