总线收发器与电平转换

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一，74HC245与74HCT245

245是比较常见的总线收发器，具有转换速度快、驱动能力强且价格便宜等优点，广泛应用于各个设计中。

首先，有几个概念需要搞清楚：

1)       输入高电平（Vih）：保证逻辑门的输入为高电平时所允许的最小输入高电平，当输入电平高于Vih时，则认为输入电平为高电平。

2)       输入低电平（Vil）：保证逻辑门的输入为低电平时所允许的最大输入低电平，当输入电平低于Vil时，则认为输入电平为低电平。

3)       输出高电平（Voh）：保证逻辑门的输出为高电平时的输出电平的最小值，逻辑门的输出为高电平时的电平值都必须大于此Voh。

4)       输出低电平（Vol）：保证逻辑门的输出为低电平时的输出电平的最大值，逻辑门的输出为低电平时的电平值都必须小于此Vol。

5)       阀值电平(Vt)：数字电路芯片都存在一个阈值电平，就是电路刚刚勉强能翻转动作时的电平。它是一个界于Vil、Vih之间的电压值，对于CMOS电路的阈值电平，基本上是二分之一的电源电压值，但要保证稳定的输出，则必须要求输入高电平>Vih>Vt，输入低电平

6)       Ioh：逻辑门输出为高电平时的负载电流（为拉电流）。

7)       Iol：逻辑门输出为低电平时的负载电流（为灌电流）。

8)       Iih：逻辑门输入为高电平时的电流（为灌电流）。

9)       Iil：逻辑门输入为低电平时的电流（为拉电流）。

其次，是搞清楚进行逻辑和电平转换的理论基础：

1)       驱动器的VOH必须高于接收器的VIH。

2)       驱动器的VOL必须低于接收器的VIL。

3)       驱动器的输出电压不得超过接收器的I/O电压容差。

在平时应用中，经常碰到FPGA或者MCU的IO输出需要使用245来做缓冲，也是利用245的强驱动来弥补FPGA或者MCU驱动力的不足。FPGA或MCU比较常用的输出是2.5VCMOS 3.3CMOS、3.3VTTL等。对于245而言，如果要求输出是3.3V，则比较容易处理，而如果要求输出是5V,需要注意。

对于HC245,典型的CMOS器件，供电电压2~6V,VIH和VIL随着供电电压的不同而不同，一般分别为0.7VCC、0.3VCC左右。典型的器件参数如下图：

需要245输出高电平为5V，则供电电压VCC应该是5V，此时VIH的最小值和VIL的最大值分别约为3.5V和1.5V。

下图是Cyclone III的IO口电平表：

从表中可以读出，3.3V TTL、3.3VCMOS、3VTTL、3VCMOS、2.5VTTL、2.5VCMOS的VOH的最小值分别为2.4、3.1、2.4、2.8、2、2。这些值都小于HC245的VIL值3.5V。如果此时选用HC245作为收发器，显然不合适。在很多时候我们发现的确有人这样用了，而且数据收发似乎也正常，这是为什么呢？原来这里还有一个电平叫做Vt，一般情况下，输入的电平在大于Vt后可以被识别为高电平，而低于Vt的可以被识别为低电平，但这个是电路刚刚勉强能翻转动作时的电平，在环境发生一些变化（如低温、电磁干扰）时很可能就会出现错误。5VCMOS的Vt约为2.5V，对于大多数3.3V、3V、甚至2.5V的器件，在驱动电流不是很大的情况下，输出一般都很接近VCC，所以电平就可以被正确识别。这种设计对于系统的稳定性是非常不利的，应该尽量避免。

       HC245的输入可以兼容TTL电平，其供电电压为4.5V~5.5V，VIH和VIL符合5VTTL的标准，分为为2V和0.8V。典型器件的参数如下表：

里我们我们就可以发现，选用HCT245作为Cyclone III的3.3V TTL、3.3VCMOS、3VTTL、3VCMOS、2.5VTTL、2.5VCMOS输出的缓冲是可以的。

二，双供电收发器

   对于245这类的收发器，输入、输出是单独供电，在需要双向的传输中就不合适。还是前面的FPAG例子，FPGA的IO输入和输出都是3.3V，而且FPGA的IO最大能承受的输入电压是3.6V，如果此时用HC245/HCT245作为缓冲对FPGA输入信号很可能就会损坏FPGA的IO。这种场合下具有双向供电的收发器或者电平转换器就是较好的选择。

2.1具有方向控制类

   74LVC8T245是TI近几年推出的一款有8通道的双向双供电收发器。基本的一些参数如下：

每个管脚灌入、拉出电流可以高达24mA，一般应用已经足够。可以通过控制方向的DIR管脚来确定是输入还是输出。这些器件需要注意的是控制管脚（DIR、OE）的参考电平。比如上面的74LVC8T245的控制脚参考电平是VCCA，那么就需要搞清楚控制信号的电平是否满座A端的电平要气。

   这种具有方向控制的器件也不是万能的，有些场合就不合适使用。比如有以下IO有时候需要作为输入，有时候又作为输出，一直在变化，此时就需要选用“无方向控制”的双供电器件。

2.2无方向控制类

   无方向控制类的器件一般不具有驱动能力，仅作为电平转换使用，每个通道可以作为单独的输入或输出，不受其他通道影响。一般有2种结构，自动感应方向结构和FET结构。

   自动感应方向结构的器件，典型的如TI的TXB0108。其基本结构和典型应用如下图：

AB两端首先侦测确定哪端是输入信号，接着侦测上升沿和下降沿，如果是上升沿则开启T1和T3,下降沿就开启T2和T4。

   这种器件在应用时需要留意以下几点：

1)       驱动TXB0108的器件的IO的最小驱动电流要达到±2mA。

2)       VCCA的电平始终要低于VCCB，当然，如果VCCA高于VCCB，不会损坏器件，只是逻辑上可能会出现错误，也无需要考虑上电的顺序。

3)       如果输入或输出的IO需要外接上拉或者下拉电阻，则阻值至少要大于50Kohm,这样才不会与启动器脚弱的输出相冲突。

4)       这种器件不可以与IIC之类的OD门电路直接相连。

另外一种FET结构的器件，典型的有TXS0108E,其应用电路与TXB0108一样,其内部结构如下图：

其内部集成上拉、下拉电阻，可以应用于OD门电路中，但收发的速度要慢许多。以下是TXB0108和TXS0108E的两个速度对比：

（1）TXB0108B

(2)TXS0108E

这类器件在使用时也需要注意下面2点：

1, VCCA的电平始终要低于VCCB，当然，如果VCCA高于VCCB，不会损坏器件，只是逻辑上可能会出现错误，也无需要考虑上电的顺序。

2，内部的2个电阻Rpub和Rpua,在作为下拉电阻时约为40Kohm，而作为上拉电阻时约为4Kohm，如果是OD门，那么要估算驱动电流是否满足系统的要求。