Как мы знаем, могут возникнуть проблемы при обмене данными между субмодулями схемной системы, что может привести к нештатной и качественной «циркуляции» сигналов. Например, иногда последовательность работы субмодулей схемы различна (например, ЦП и периферийные устройства) или различаются типы их сигналов (например, датчики, обнаруживающие оптические сигналы). В настоящее время нам следует рассмотреть возможность решения этой проблемы с помощью соответствующих методов интерфейса.

Объясняются следующие ключевые моменты семи часто используемых типов интерфейсов в схемотехнике:

Этот тип интерфейса по сути является клише, верно? С момента изучения аналоговых и цифровых схем в колледже интерфейс уровня TTL невозможно отделить от общей схемы. Его скорость обычно ограничена 30 МГц, поскольку на входе BJT имеется несколько входных конденсаторов пФ (образующих ФНЧ). Если входной сигнал превышает определенную частоту, сигнал будет «потерян». Его мощность обычно достигает десятков миллиампер. Как правило, нормальное напряжение сигнала высокое. Если он находится рядом с цепью ECL с низким напряжением сигнала, это вызовет очевидную проблему перекрестных помех.

Нам это не чуждо, и мы часто сталкиваемся с этим. Некоторые полупроводниковые особенности КМОП здесь нет необходимости описывать. Как многие знают, в нормальных условиях энергопотребление и помехозащищенность КМОП намного превосходят ТТЛ. Но! Малоизвестно, что при высокой частоте переключения серия CMOS фактически потребляет больше энергии, чем TTL. Что касается того, почему это так, спросите, пожалуйста, теорию физики полупроводников.

Поскольку рабочее напряжение CMOS в настоящее время может быть очень небольшим, некоторые ядра FPGA даже работают при напряжении, близком к 1.5 В, что делает допуск шума между уровнями намного меньшим, чем TTL, тем самым усугубляя ошибку определения сигнала, вызванную колебаниями напряжения. Как мы все знаем, входное сопротивление схемы КМОП очень велико. Следовательно, его емкость связи может быть очень маленькой без использования большого электролитического конденсатора.

Поскольку схемы КМОП обычно имеют слабую управляемость, преобразование TTL должно быть выполнено до того, как будут задействованы схемы ECL. Кроме того, при проектировании схемы интерфейса КМОП следует обращать внимание на то, чтобы емкостная нагрузка не была слишком большой, иначе это приведет к замедлению времени нарастания и увеличению энергопотребления приводного устройства (поскольку емкостная нагрузка не потребляет мощность).

Это старый друг компьютерной системы! Поскольку его скорость «бегает» достаточно быстро, она может достигать даже сотен МГц! Это связано с тем, что BJT внутри ECL не насыщается при включении, поэтому время включения и выключения BJT может быть уменьшено, а рабочая скорость, естественно, может быть повышена.

Но за это надо платить! Его смертельная травма: высокое энергопотребление! Стоит учитывать вызванные этим электромагнитные помехи, а способность к помехам ненамного лучше. Если кто-то сможет скомпрометировать эти два фактора, то он (она) должен разбогатеть. Следует также отметить, что общая интегральная схема ECL требует отрицательного источника питания, то есть ее выходное напряжение отрицательное, поэтому необходима специальная схема сдвига уровня.

Нет человека, который не знал бы основ электронных технологий (если только он или она не просто «профессионал» в электронных технологиях). Это стандарт низкоскоростного последовательного интерфейса связи. Следует отметить, что стандарт его уровня немного «ненормальный»: высокий уровень составляет -12В, а низкий уровень +12В. Итак, когда мы пытаемся взаимодействовать с периферийными устройствами через компьютеры, чип переключения уровня MAX232, естественно, незаменим. Но мы должны осознавать его недостатки, такие как низкая скорость передачи данных и короткое расстояние передачи.

Для представления сигнала он использует относительное выходное напряжение (uA-uB) пары клемм A и B. Как правило, этот дифференциальный сигнал проходит через сложную шумовую среду во время передачи сигнала, что приводит к практически одинаковому количеству шума на обеих линиях, а энергия шума будет подавляться на приемной стороне, поэтому он может реализовывать передачу на большие расстояния и высокоскоростная передача. Интерфейс RS-485, который обычно используется в промышленности, использует дифференциальный режим передачи и обладает хорошей способностью противостоять синфазным помехам.

Оптоэлектронная связь использует оптический сигнал в качестве среды для реализации связи и передачи электрических сигналов. Его «преимущество» заключается в том, что он может реализовать электрическую изоляцию, поэтому он обладает превосходной защитой от помех. При условии высокой рабочей частоты только высокоскоростная интерфейсная схема фотоэлектрической изоляции может удовлетворить потребности передачи данных.

Иногда, чтобы реализовать управление высоким напряжением и большим током, мы должны спроектировать и использовать схему интерфейса оптической изоляции для подключения этих схем TTL или CMOS с низким уровнем и низким током, как упоминалось выше, поскольку входной контур и выходной контур интерфейс оптической изоляции может выдерживать высокое напряжение в несколько тысяч вольт, чего достаточно для общего применения.

Кроме того, входная и выходная части интерфейса оптической изоляции должны иметь независимый источник питания соответственно, в противном случае все равно будет электрическое соединение, которое не называется изоляцией.

Его характеристики электрической изоляции хорошие, но допустимая полоса пропускания сигнала ограничена. Например, трансформаторная связь, эффективность передачи мощности которой очень высока, а выходная мощность в основном близка к входной мощности. Поэтому повышающий трансформатор может иметь большее выходное напряжение, но давать только меньший ток.

Кроме того, высокочастотные и низкочастотные характеристики трансформатора не являются оптимистичными, но его самая большая особенность заключается в том, что он может осуществлять преобразование импеданса. При правильном согласовании нагрузка может получить достаточную мощность. Поэтому интерфейс связи трансформатора очень популярен при проектировании схем усилителя мощности.