电平转换器

很多电子系统继续向更低的电压信号水平转移。这个发展潮流背后的动力是对减少功耗的需求。更快的整流速度和降低信号噪声等方面的进步既方便了设计者，也向他们提出了新的挑战。 微处理器在向较低的电压水平进军的过程中一马当先。处理器I/O电压正从1.8V转移到1.5V，而内核电压能够低于1V。下一代微处理器甚至将采用更低的电压。外围设备组件的电压虽然也在降低，但水平通常落后于处理器一代左右。电压降低方面的发展不均带来了系统设计者必须解决的关键性难题--如何在信号电平之间进行可靠的转换。正确的信号电平可以保证系统的可靠工作，它们能够防止敏感IC因过高或者过低的电压条件而受损。目前电平转换分为单向转换和双向转换，还有单电源和双电源转换，双电源转换采用双轨方案具有满足各方面性能的要求。

SPI 的时钟速率可超出20Mbps ,并由CMOS 推挽式逻辑输出级驱动。数据传输的单向性简化了转换器的设计。由于不必考虑数据在单条信号线上的双向传输问题,因此,可以利用图示的简单电阻---二极管方案或晶体管方案。 双向总线电平转换需要考虑在单条信号线上实现数据的双向传输,这在具体实施时比较困难,电阻---二极管结构或单晶体管由于受其固有的单向传输特性的制约而无法胜任这项工作。I2C、SMBus、Dallas 半导体公司的1 - wire 均为双向传输总线, 同时都是漏极开路I/ O 拓扑。其中I2C具有三种速率范围,分别为低于100kbps 的标准模式、低于400kbps的快速模式和低于3. 4Mbps 的高速模式。

在单向电平转换器件中, 对于那些能够将较高逻辑电平转换成较低逻辑电平的器件, IC制造商规定了器件所允许的输入范围,在规定的输入范围内,器件能够将其输入嵌位在过压容限内。由于具有输入过压保护的逻辑器件能够承受的输入电压高于其供电电压,因此,这些器件简化了高逻辑电平至较低逻辑电平(Vcc 逻辑电平) 的转换方案。而在高扇出或高容性负载连接器的设计中, 任何逻辑器件在降低电源电压的同时,其输出驱动能力也随之降低,只有3. 3V CMOS/ TTL 与5V标准TTL 之间的转换是一个特例。因为3. 3V 逻辑与5V 逻辑的门限是相同的。SPI 总线既需要较高逻辑电平至较低逻辑电平的转换, 也需要将较低逻辑电平转换到较高的逻辑电平。例如在处理器采用1. 8V 逻辑而外设逻辑为3. 3V时。当然, 利用上述分立方案也可以实现这种转换, 但MAX1840/ MAX1841 或MAX3390 等单片方案则可大大简化设计过程,如图所示:

在通过并行总线进行电平转换时, 由于通常已存在WR 和RD 信号, 因而可以采用总线开关(如74CBTB3384) 来实现不同逻辑电平之间的数据连接。对于单总线或2 线接口,一般需要考虑两个问题:一是要有单独的使能控制引脚来控制数据流向(占用有效的控制端口) ,二是芯片尺寸较大(占据较大的线路板尺寸) 。任何设计都存在正、反两个方面的影响,但设计人员通常希望其能够工作在任何逻辑电平,也就是希望其是一个既可实现由高电压逻辑至低电压逻辑的转换,也可实现低电压逻辑至高电压逻辑的转换, 既可完成单向电平转换, 也能完成双向电平转换的通用器件。新一代双向电平转换器MAX3370 即可胜任上述工作, 无论它工作在低电压逻辑, 还是工作在高电压逻辑,均可依靠外部输出驱动吸入电流来实现电平转换的栅极传输(图3) 。这种结构使该器件既可工作于漏极开路输出级, 也可工作于推挽式输出级。而且,MAX3370 具有相当低的导通电阻(低于135Ω) ,对数据传输速率的影响很小。下图是MAX3770 的内部结构, 该器件具有两个优点: 首先对于漏级开路拓扑, MAX3370 内部的10kΩ 上拉电阻与"加速"开关的并联电路既省去了外部上拉元件, 也减小了由于RC 时间常数造成的纹波。在大多数漏极开路输出电路中,数据速率受RC 时间常数的影响较大。而采用独特"加速"结构的MAX3770 则大大提高了数据上升沿的上拉速,减小了容性负载的影响, 其允许数据速率高达2Mbps ,因而大大改善了传统设计的性能; 其次, 由于MAX3370 器件采用的是微型SC70 封装,因此可有效节省线路板的空间。

MAX3370 可以实现最低1. 2V、最高5. 5V 逻辑电平的转换, 能够满足绝大多数设备对电平转换的要求。需要说明的是: MAX3370 仅提供单线通用逻辑电平转换。如果设计中存在多个I/ O 口线,则应参照表1 选择其它芯片。随着系统I/ O 电压数量的增多, 电平转换的设计也更加复杂。设计时需要综合考虑容性负载、Vcc压差的幅度和数据速率等问题。对于从较高逻辑电平至较低逻辑电平的转换, 只要保证电平转换中的Vcc 压差符合器件所允许的容限即可。而在处理低电压逻辑至高电压逻辑的转换, 且同时存在较大的Vcc 压差时,问题将变得非常棘手。双向电平转换或漏极开路输出结构都对数据速率的制约较大, 而Maxim的电平转换器则利用其独特的电路结构简化了电平转换的设计。它能够在较宽的电压范围实现单向、双向电平转换,并可提供漏极开路或推挽式输出。这些器件采用微小的封装形式, 不需要任何外部元件,同时可大大节省线路板空间。

在新一代电子电路设计中, 随着低电压逻辑的引入,系统内部常常出现输入/ 输出逻辑不协调的问题, 从而提高了系统设计的复杂性。例如, 当1. 8V的数字电路与工作在3. 3V 的模拟电路进行通信时,需要首先解决两种电平的转换问题,这时就需要电平转换器。

随着不同工作电压的数字IC 的不断涌现,逻辑电平转换的必要性更加突出, 电平转换方式也将随逻辑电压、数据总线的形式(例如4 线SPI、32 位并行数据总线等) 以及数据传输速率的不同而改变。现在虽然许多逻辑芯片都能实现较高的逻辑电平至较低逻辑电平的转换(如将5V 电平转换至3V 电平) ,但极少有逻辑电路芯片能够将较低的逻辑电平转换成较高的逻辑电平(如将3V逻辑转换至5V逻辑) 。另外,电平转换器虽然也可以用晶体管甚至电阻---二极管的组合来实现, 但因受寄生电容的影响,这些方法大大限制了数据的传输速率。尽管宽字节的电平转换器已经商用化, 但这些产品不是针对数据速率低于20Mbps 的串行总线(SPITM、I2CTM、USB 等) 优化的, 这些器件具有较大的封装尺寸、较多的引脚数和I/ O 方向控制引脚,因而不适合小型串行或外设接口和更高速率的总线(如以太网、LVDS、SCSI等) 。

前言

一、CC4000双3输入或非门及反相器

二、CC4001四2输入或非门

三、CC4002双4输入或非门

四、CC4006 18级静态移位寄存器

五、CC4007双互补对加反相器

六、CC4008 4位二进制超前进位全加器

七、CC4009六反相缓冲器/电平转换器

八、CC4010六缓冲器/电平转换器

九、CC4011四2输入与非门

十、CC4012双4输入与非门

十一、CC4013双上升沿D触发器

十二、CC4014 8位移位寄存器

十三、CC4015双4位移位寄存器(串行输入并行输出)

十四、CC4016四双向开关

十五、CC4017十进制计数器/脉冲分配器

十六、CC4018可预置Ⅳ分频计数器

十七、CC4019四2选1数据选择器

十八、CC4020 14位二进制串行计数器/分频器

十九、CC4021 8位移位寄存器(异步并行输入，同步串行输入/串行输出)

二十、CC4022八进制计数器/脉冲分配器

二十一、CC4023三3输入与非门

二十二、CC4024 7位二进制串行计数器/分频器

二十三、CC4025三3输入或非门

二十四、CC4026十进制计数器/脉冲分配器(七段译码输出)

二十五、CC4027双上升沿JK触发器

二十六、CC4028 4线-10线译码器(BCD输入)

二十七、CC4029 4位二进制/十进制加/减计数器(有预置端)

二十八、CC4032三串行加法器(正逻辑)

二十九、CC4033十进制计数器/脉冲分配器(七段译码输出，行波消隐)

三十、CC40348位总线寄存器

三十一、CC4035 4位移位寄存器(并行输入/并行输出)

三十二、CC4038三串行加法器(负逻辑)

三十三、CC4040 12位二进制串行计数器/分频器

三十四、CC4041四原码/反码缓冲器

三十五、CC4042四D锁存器

三十六、CC4043四RS锁存器(三态，或非)

三十七、CC4044四RS锁存器(三态，与非)

三十八、CC4046锁相环

三十九、cc4047单稳态/无稳态多谐振荡器

四十、CC4048 8输入多功能门(三态，可扩展)

四十一、CC4049六反相缓冲器/电平转换器

四十二、CC4050六同相缓冲器/电平转换器

四十三、CC4051 8选1模拟开关

四十四、CC4052双4选1模拟开关

四十五、CC4053三2选1模拟开关

四十六、CC4055 4线一七段译码器(BCD输入，驱动液晶显示器)

四十七、CC4060 14位二进制串行计数器

四十八、CC4066四双向开关

四十九、CC4067 16选1模拟开关

五十、CC4068 8输入与非/与门

五十一、CC4069六反相器

五十二、CC4070四2输入异或门

五十三、CC4071四2输入或门

五十四、CC4072双4输入或门

五十五、CC4073三3输入与门

五十六、CC4075三3输入或门

五十七、CC4076四D寄存器(三态)

五十八、CC4077四异或非门

五十九、CC4078 8输入或非/或门

六十、CC4081四2输入与门

六十一、CC4082双4输入与门

六十二、CC4085双2-2输入与或非门

六十三、CC4086 4路2-2-2-2输入与或非门(可扩展)

六十四、(]C4089 4位二进制比例乘法器

六十五、CC4093四2输入与非门(有施密特触发器)

六十六、CC4094 8位移位和存储总线寄存器

六十七、CC4095上升沿JK触发器(同相)

六十八、CC4096上升沿JK触发器(反相和同相)

六十九、CC4097双8选1模拟开关

七十、CC4098双可重触发单稳态触发器

七十一、CC4502六反相器/缓冲器(三态，有选通端)

七十二、CC4508双4位锁存器(三态)

七十三、CC4510十进制同步加/减计数器(有预置端)

七十四、CC4511 4线一七段锁存译码器/驱动器

七十五、CC4512 8通道数据选择器

七十六、CC4514 4位锁存/4-16线译码器(高电平有效)

七十七、CC4515 4位锁存/4-16线译码器(低电平有效)

七十八、CC4-516 4位二进制同步加/减计数器(有预置端)

七十九、CC4518双十进制同步计数器

八十、CC4520双4位二进制同步加计数器

八十一、CC4527 BCD比例乘法器

八十二、CC4532 8线-3线优先编码器

八十三、CC4538双重单稳态多谐振荡器

八十四、CC4555双2线-4线译码器(输出高电平)

八十五、CC4556双2线-4线译码器(输出低电平)

八十六、CCl4006 18位移位寄存器

八十七、CCl4099 8位双向可寻址锁存器

八十八、CCl4504六TTL或CMOS-CMOS电平转换器

八十九、CC14512 8选l数据选择器(三态)

九十、CCl4513 BCD一七段锁存/译码/驱动器

九十一、CCl4522二-N-十进制减计数器(有预置端)

九十二、CCl4526二-N-十六进制减计数器(有预置端)

九十三、CCl4528双可重触发单稳态触发器(有清除端)

九十四、CCl4529双4选1/8选1数据选择器

九十五、CCl4539双4选1数据选择器

九十六、CCl4543 4线一七段、译码、BCD输入有锁存器驱动(液晶显示器)

九十七、CCl4544 4线一七段锁存、译码、驱动器(LCD)

九十八、CCl4547 4线一七段译码器/驱动器(BCD输入)

九十九、CCl4560 BCD加法器

一00、CCl4561 BCD求反器

一0一、CCl4574四比较器

一0二、CCl4585 4位数值比较器

一0三、CCl4599 8位双向可寻址锁存器

一0四、CC4010l 9位奇偶发生器/校验器

一0五、CC40103可预置8位二进制减法同步计数器

一0六、CC40105先入先出寄存器(三态)

一0七、CC40106六反相器(有施密特触发器)

一0八、CC40107双2输入与非缓冲器/驱动器(三态)

一0九、CC40109四低~高电平转换器(三态)

一一0、CC40110十进制加减计数/译码/锁存/驱动器

一一一、CC40147 10线一4线优先编码器(:BCD输出)

一一二、CC40160十进制同步计数器(有预置端，异步清除)

一一三、CC40161 4位二进制同步计数器(有预置端，异步清除)

一一四、CC40162十进制同步计数器(同步清除)

一一五、CC40163 4位二进制同步计数器(同步清除)

一一六、CC40174六上升沿D触发器

一一七、CC40181 4位算术逻辑单元/函数发生器

一一八、CC40182超前进位发生器

一一九、CC40192 4位十进制同步加/减计数器(有预置端，双时钟)

一二0、CC40193 4位二进制同步加/减计数器(有预置端，双时钟)

一二一、CC40194 4位双向移位寄存器(并行存取)

一二二、CC40195 4位双向移位寄存器(并行存取，JK输入)

一二三、CC40208 4×4多端口寄存器阵(三态)

附录

附录A 逻辑函数与逻辑符号

附录B CMOS器件使用注意事项

附录C CMOS器件工艺筛选项目及条件

附录D 国际CMOS集成电路的文字符号

附录E 国标CMOS集成电路型号的命名方法

附录F 国标CMOS集成电路与国外CMOS集成电路型号对照的说明

概述:用于信号源和读出设备之间的信号调理器件，如衰减器、前置放大器、电荷放大器以及对传感器或放大器进行非线性补偿的电平转换器件。

典型应用1:内置IC压电加速度传感器和采集显示设备之间的通信:ICP压电加速度传感器需要恒流源供电，典型值为:24VDC 、4mA ，而不是电子仪器通常具备的恒压源供电。ICP传感器输出的与振动加速度成正比的交流信号是叠加在一输出偏压上(8-12V)，而不是通常意义上的以地为参考点。由于上述两大特点，ICP 压电加速度传感器不能直接使用，必须经由信号调理器供电和信号处理后才可以和采集显示设备通信。

信号调理器技术指标: 1) 通道数 2-16

2) 恒流供电电流 4mA

3) 恒流供电电压 24V DC

4) 增益: 根据用户要求 可在 1-100 之间定做 默认值为 1

5) 高频上限 :根据用户要求 可在 1-100kHz之间定做 默认值为 30kHz

6) 低频下限 :0.08Hz

7) 供电电压 :DC 24V (配套电源适配器AC220V --24VDC )

8) 工作温度 :-10 +40℃

9) 工作湿度 :≤85%

典型应用2:XP系列信号调理器 (一进一出，一进二出)是在自动化控制系统中对各种工业信号变送、转换、隔离、传输、运算的仪表，可与各种工业传感器配合，取回参数信号，隔离变送传输，满足用户本地监视远程数据采集的需求。广泛应用于机械、电气、电信、电力、石油、化工、钢铁、污水处理、楼宇建筑等领域的数据采集、信号传输转换、PLC、DCS 等工业测控系统，用来完善和补充系统模拟∣/O插件功能，增加系统适用性和现场环境的可靠度。