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电平匹配的重要性

在总线通信中,总线设备中的MCU需要连接一个总线收发器接入到总线网络中,如果MCU的供电电压与收发器电压不匹配时,会出现什么情况?本文将以CAN总线为例从接口电平的角度为你解析电平匹配的重要性。

CMOS电平

现大部分数字集成电路采用的是CMOS工艺,其接口的电平大致符合如下定义:
        VIL<0.3Vcc;VIH>0.7Vcc;
        VOL<0.1Vcc;VOH>0.9Vcc。

以常见的5V、3.3V系统为例,相应的接口参数如表1。

表1 不同供电下的电平要求


注:表中数据仅为计算参考值,器件实际参数需参考相应的数据手册。

电平不匹配

为了确保两个器件的信号可靠传输,必须保证:
        - 驱动器输出的VOH(MIN)必须高于接收器输入的VIH(MIN)。                
        - 驱动器输出的VOL(MAX)必须低于接收器输入的VIL(MAX)。                
        - 驱动器输出的输出电压不得超过接收器输入的I/O电压容差。                
当两个CMOS器件连接在一起时,若供电电压一致,信号传输不存在问题。若两个器件供电电压不一致,则会存在电平不匹配问题。

以3.3V器件与5V器件连接为例,会出现以下两个问题:

- 5V器件输入引脚可能无法识别3.3V器件输出的高电平                

如图1,3.3V器件输出VOH大值3.3V也无法达到5V器件VIH的小值3.5V,无法保证3.3V器件输出的高电平被正确识别。由于器件设计有一定余量,在测试时可能仍可正常工作,但存在风险,如出现器件电压波动时,就会出现问题。


图1 3.3V器件输出,5V信号输入

- 5V器件输出高电平可能损坏3.3V器件输入接口。                
如图2,5V器件输出高电平信号远高于3.3V,若3.3V器件输入引脚不支持5V电平输入,则工作时会有电流灌入3.3V器件,严重会造成器件损坏。


图2 5V信号输出,3.3V信号输入

隔离收发器选型

以CTM1051(A)M系列产品为例,其内部采用的CMOS技术的芯片,引脚电平如图3,符合CMOS电平标准。在选型时,应该针对不同的MCU选择相应型号,才能杜绝因电平不匹配产生问题,若MCU为5V供电,应选择CTM1051M;若MCU为3.3V供电,则选择CTM1051AM。


图2 5V信号输出,3.3V信号输入

隔离收发器选型

以CTM1051(A)M系列产品为例,其内部采用的CMOS技术的芯片,引脚电平如图3,符合CMOS电平标准。在选型时,应该针对不同的MCU选择相应型号,才能杜绝因电平不匹配产生问题,若MCU为5V供电,应选择CTM1051M;若MCU为3.3V供电,则选择CTM1051AM。

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