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技術(shù)專題
pcb設(shè)計(jì)中常見接口類型
我們知道，在電路系統(tǒng)的每個(gè)子模塊的數(shù)據(jù)交換中可能存在一些問題，以致于信號(hào)不能被正常地高質(zhì)量地傳播。例如，有時(shí)電路子模塊的工作順序出現(xiàn)偏差（例如CPU和外圍設(shè)備）或各個(gè)信號(hào)類型不一致（例如傳感器檢測(cè)到光信號(hào)）等，那么我們應(yīng)該考慮相應(yīng)的接口很好地解決這個(gè)問題。
以下是PCB設(shè)計(jì)中常用接口類型的特點(diǎn)描述：
1、TTL電平接口
TTL電平比較常見，它的速度通常限制在30MHz，這是由于BJT（構(gòu)成低通濾波器）的輸入端有幾個(gè)pF輸入電容器。如果輸入信號(hào)超過某個(gè)頻率，該信號(hào)將丟失。它的驅(qū)動(dòng)能力通常高達(dá)數(shù)十毫安。正常工作的信號(hào)電壓通常較高，如果它靠近具有較低信號(hào)電壓的ECL電路，則會(huì)出現(xiàn)更嚴(yán)重的串?dāng)_問題。
2、RS232接口
它是低速串行通信接口準(zhǔn)。應(yīng)該注意的是，它的電平標(biāo)準(zhǔn)有點(diǎn)異常：高電平是-12V，低電平是+ 12V。因此，當(dāng)我們嘗試通過計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備通信時(shí)，電平轉(zhuǎn)換芯MAX232自然是必不可少的。但是我們必須意識(shí)到它的一些缺點(diǎn)，例如較慢的數(shù)據(jù)傳輸速度和較短的傳輸距離。
3、差分接口
它使用一對(duì)端子A和B的相對(duì)輸出電壓（uA-uB）表示信號(hào)。通常，差分信號(hào)將在信號(hào)傳輸過程中通過復(fù)雜的噪聲環(huán)境，從而導(dǎo)致兩條線路都產(chǎn)生。噪聲量基本相同，并且噪聲的噪聲會(huì)在接收端被抵消，因此可以實(shí)現(xiàn)更長距離，更高速率的傳輸。業(yè)界常用的RS-485接口采用差分傳輸方法，具有良好的抗共模干擾能力。
ECL：發(fā)射極耦合電路，也稱開關(guān)邏輯性電路。它的速度特別快，可以達(dá)到數(shù)百兆赫！這是因?yàn)?span lang="EN-US">ECL內(nèi)部的BJT在打開時(shí)不會(huì)飽和，因此可以減少BJT的打開和關(guān)閉時(shí)間，自然可以提高工作速度。但是，這是要付出的代價(jià)！其致命傷害：耗電量大！由它引起的EMI問題值得考慮，并且抗干擾能力也不是更好，如果任何人都可以妥協(xié)這兩點(diǎn)，那么他或她應(yīng)該發(fā)大財(cái)。還應(yīng)注意，普通的ECL集成電路需要負(fù)電源，也就是說，其輸出電壓為負(fù)，并且需要特殊的電平轉(zhuǎn)換電路。
5、CMOS級(jí)接口
我們對(duì)此并不陌生，正常情況下，CMOS的功耗和抗干擾能力要比TTL好得多。但是，鮮為人知的是，在高開關(guān)頻率下，CMOS系列實(shí)際上比TTL消耗更多的功率。由于目前CMOS的工作電壓可能很小，因此某些FPGA內(nèi)核的工作電壓甚至接近1.5V，這使電平之間的噪聲裕度遠(yuǎn)小于TTL，從而增加了電壓波動(dòng)。信號(hào)判斷不正確。CMOS電路的輸入阻抗很高，因此無需使用大的電解電容器就可以減小耦合電容。由于CMOS電路通常具有較弱的驅(qū)動(dòng)能力，因此有必要在驅(qū)動(dòng)ECL電路之前執(zhí)行TTL轉(zhuǎn)換。另外，在設(shè)計(jì)CMOS接口電路時(shí)，應(yīng)注意避免電容負(fù)載過大，否則上升時(shí)間將變慢，驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的功耗將增加（因?yàn)殡娙葚?fù)載不會(huì)消耗功率）。
光電耦合是基于光信號(hào)的電信號(hào)的耦合和傳輸。它的好處是實(shí)現(xiàn)電氣隔離，因此具有出色的抗干擾能力。在電路工作于高頻的情況下，基本上只有高速光隔離接口電路可以滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。有時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)高電壓和高電流控制，我們必須如上所述設(shè)計(jì)和使用光隔離接口電路來連接這些低電平，低電流TTL或CMOS電路。因?yàn)楣飧綦x接口的輸入和輸出電路可以承受幾千伏的高壓，這對(duì)于一般應(yīng)用來說已經(jīng)足夠了。
此外，光隔離接口的輸入和輸出部分必須使用單獨(dú)的電源，否則，存在電接觸，達(dá)不到隔離目標(biāo)。
7、線圈耦合接口
其電隔離特性良好，但允許的信號(hào)帶寬有限。例如，變壓器耦合，其功率傳輸效率非常高，輸出功率基本上接近其輸入功率。因此，對(duì)于升壓變壓器，它可以具有較高的輸出電壓，但只能提供較低的電流。另外，變壓器的高頻和低頻特性不容樂觀，但其極大特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)阻抗變換。合理匹配后，負(fù)載即可獲得足夠的功率。因此，在功率放大器電路設(shè)計(jì)(PCB設(shè)計(jì))中經(jīng)常使用變壓器耦合接口。