Như chúng ta đã biết, có thể có một số vấn đề trong quá trình trao đổi dữ liệu giữa các mô-đun phụ của hệ thống mạch, điều này có thể dẫn đến sự "lưu thông" tín hiệu bất thường và chất lượng cao. Ví dụ, đôi khi trình tự làm việc của các mô-đun phụ của mạch khác nhau (chẳng hạn như CPU ​​và thiết bị ngoại vi) hoặc loại tín hiệu của chúng khác nhau (chẳng hạn như cảm biến phát hiện tín hiệu quang). Lúc này, chúng ta nên cân nhắc giải quyết tốt vấn đề này thông qua các phương pháp giao diện tương ứng.

Các điểm chính sau đây của bảy loại giao diện thường được sử dụng trong thiết kế mạch được giải thích:

Loại giao diện này về cơ bản là sáo rỗng, phải không? Kể từ khi nghiên cứu mạch tương tự và mạch kỹ thuật số ở trường đại học, giao diện cấp độ TTL không thể tách rời khỏi thiết kế mạch chung. Tốc độ của nó thường bị giới hạn ở 30 MHz, đó là do có một số tụ điện đầu vào pF ở đầu vào của BJT (tạo thành LPF). Nếu tín hiệu đầu vào vượt quá một tần số nhất định, tín hiệu sẽ bị "mất". Công suất truyền động của nó thường lên tới hàng chục milliamp. Nói chung, điện áp tín hiệu bình thường cao. Nếu nó ở gần mạch ECL với điện áp tín hiệu thấp sẽ gây ra vấn đề nhiễu xuyên âm rõ ràng.

Chúng ta không xa lạ gì với nó và chúng ta thường xuyên phải đối mặt với nó. Một số tính năng bán dẫn về CMOS không cần phải trình bày ở đây. Như nhiều người đã biết, trong điều kiện bình thường, khả năng tiêu thụ điện năng và chống nhiễu của CMOS vượt trội hơn nhiều so với TTL. Nhưng! Ít ai biết rằng ở tần số chuyển mạch cao, dòng CMOS thực sự tiêu thụ nhiều điện năng hơn TTL. Về lý do tại sao lại như vậy, xin vui lòng hỏi lý thuyết vật lý bán dẫn.

Vì hiện tại điện áp hoạt động của CMOS có thể rất nhỏ nên một số lõi FPGA thậm chí còn hoạt động ở điện áp gần 1.5V, khiến khả năng chịu nhiễu giữa các mức nhỏ hơn nhiều so với TTL, do đó làm trầm trọng thêm lỗi phán đoán tín hiệu do dao động điện áp gây ra. Như chúng ta đã biết, trở kháng đầu vào của mạch CMOS rất cao. Do đó, điện dung ghép của nó có thể rất nhỏ mà không cần sử dụng tụ điện lớn.

Bởi vì các mạch CMOS thường có khả năng điều khiển yếu nên việc chuyển đổi TTL phải được thực hiện trước khi các mạch ECL được điều khiển. Ngoài ra, khi thiết kế mạch giao diện CMOS, chúng ta nên chú ý tránh tải điện dung quá nặng, nếu không sẽ làm chậm thời gian tăng và tăng mức tiêu thụ điện năng của thiết bị dẫn động (vì tải điện dung không tiêu thụ điện năng).

Đây là một người bạn cũ của hệ thống máy tính! Bởi vì tốc độ của nó “chạy” đủ nhanh, thậm chí có thể chạy tới hàng trăm MHz! Điều này là do BJT bên trong ECL không bị bão hòa khi bật, do đó thời gian bật và tắt của BJT có thể giảm xuống và tốc độ làm việc có thể được nâng lên một cách tự nhiên.

Nhưng, đây là phải trả giá! Vết thương chí mạng của nó: tiêu thụ điện năng cao! EMI do nó gây ra rất đáng để cân nhắc, khả năng chống nhiễu cũng không tốt hơn là bao. Nếu ai có thể dung hòa được hai yếu tố này thì người đó sẽ trở nên giàu có. Cũng cần lưu ý rằng mạch tích hợp ECL chung cần nguồn điện âm, nghĩa là điện áp đầu ra của nó là âm, do đó cần có mạch chuyển mức đặc biệt.

Không có ai là không biết những điều cơ bản về công nghệ điện tử (trừ khi người đó chỉ là “người không chuyên” trong lĩnh vực công nghệ điện tử). Nó là một tiêu chuẩn giao diện truyền thông nối tiếp tốc độ thấp. Cần lưu ý rằng tiêu chuẩn cấp độ của nó hơi “bất thường”: mức cao là -12V, còn mức thấp là +12V. Vì vậy, khi chúng ta cố gắng giao tiếp với các thiết bị ngoại vi thông qua máy tính, con chip chuyển cấp MAX232 đương nhiên là không thể thiếu. Nhưng chúng ta phải nhận thức được những nhược điểm của nó, chẳng hạn như tốc độ truyền dữ liệu chậm và khoảng cách truyền ngắn.

Nó sử dụng điện áp đầu ra tương đối (uA-uB) của cặp đầu cuối A và B để biểu thị tín hiệu. Nói chung, tín hiệu vi sai này sẽ đi qua môi trường nhiễu phức tạp trong quá trình truyền tín hiệu, dẫn đến về cơ bản lượng nhiễu như nhau trên cả hai đường và năng lượng của nhiễu sẽ bị loại bỏ ở đầu nhận, do đó nó có thể nhận ra khoảng cách xa và truyền dẫn tốc độ cao. Giao diện RS-485, thường được sử dụng trong công nghiệp, sử dụng chế độ truyền vi sai và có khả năng chống nhiễu chế độ chung tốt.

Khớp nối quang điện tử sử dụng tín hiệu quang làm phương tiện để thực hiện việc ghép và truyền tín hiệu điện. “Ưu điểm” của nó là có thể cách ly điện nên có khả năng chống nhiễu rất tốt. Trong điều kiện tần số hoạt động cao, chỉ có mạch giao diện cách ly quang điện tốc độ cao mới có thể đáp ứng nhu cầu truyền dữ liệu.

Đôi khi, để thực hiện việc điều khiển điện áp cao và dòng điện cao, chúng ta phải thiết kế và sử dụng mạch giao diện cách ly quang để kết nối các mạch TTL hoặc CMOS này với mức thấp và dòng điện thấp như đã đề cập ở trên, bởi vì vòng đầu vào và vòng đầu ra của giao diện cách ly quang có thể chịu được điện áp cao vài nghìn volt, đủ cho các ứng dụng thông thường.

Ngoài ra, phần đầu vào và phần đầu ra của giao diện cách ly quang phải sử dụng nguồn điện độc lập tương ứng, nếu không vẫn sẽ có kết nối điện, không gọi là cách ly.

Đặc tính cách ly điện của nó tốt nhưng băng thông tín hiệu cho phép bị hạn chế. Ví dụ, khớp nối máy biến áp, hiệu suất truyền tải điện của nó rất cao và công suất đầu ra của nó về cơ bản gần với công suất đầu vào. Do đó, đối với máy biến áp tăng áp, nó có thể có điện áp đầu ra cao hơn nhưng chỉ có thể cho dòng điện thấp hơn.

Ngoài ra, đặc tính tần số cao và tần số thấp của máy biến áp không lạc quan, nhưng đặc điểm lớn nhất của nó là có thể thực hiện chuyển đổi trở kháng. Khi được kết hợp đúng cách, tải có thể có đủ năng lượng. Vì vậy, giao diện ghép nối của máy biến áp rất phổ biến trong thiết kế mạch khuếch đại công suất.