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優(yōu)勢供應(yīng)LEG信號轉(zhuǎn)換器SU2-1

優(yōu)勢供應(yīng)LEG信號轉(zhuǎn)換器SU2-1
江蘇邱成機(jī)電有限公司
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江蘇邱成機(jī)電有限公司是一家集研發(fā)、工程、銷售、技術(shù)服務(wù)于一體的現(xiàn)代化企業(yè)，是國內(nèi)自動化領(lǐng)域具競爭力的設(shè)備供應(yīng)商。公司主要經(jīng)營歐美和日韓 等發(fā)達(dá)國家的機(jī)電一體化設(shè)備、高精度分析檢測儀器、環(huán)境與新能源工業(yè)設(shè)備及電動工具等工控自動化產(chǎn)品。 
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在新一代電子電路設(shè)計中, 隨著低電壓邏輯的引入,系統(tǒng)內(nèi)部常常出現(xiàn)輸入/ 輸出邏輯不協(xié)調(diào)的問題, 從而提高了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性。例如, 當(dāng)1. 8V的數(shù)字電路與工作在3. 3V 的模擬電路進(jìn)行通信時,需要首先解決兩種的轉(zhuǎn)換問題,這時就需要電平轉(zhuǎn)換器。
隨著不同工作電壓的數(shù)字IC 的不斷涌現(xiàn),轉(zhuǎn)換的必要性更加突出, 電平轉(zhuǎn)換方式也將隨邏輯電壓、的形式(例如4 線SPI、32 位并行數(shù)據(jù)總線等) 以及的不同而改變。雖然許多邏輯芯片都能實(shí)現(xiàn)較高的邏輯電平至較低邏輯電平的轉(zhuǎn)換(如將5V 電平轉(zhuǎn)換至3V 電平) ,但極少有邏輯電路芯片能夠?qū)⑤^低的邏輯電平轉(zhuǎn)換成較高的邏輯電平(如將3V邏輯轉(zhuǎn)換至5V邏輯) 。另外,轉(zhuǎn)換器雖然也可以用晶體管甚至電阻———二極管的組合來實(shí)現(xiàn), 但因受寄生電容的影響,這些方法大大限制了數(shù)據(jù)的傳輸速率。盡管寬字節(jié)的電平轉(zhuǎn)換器已經(jīng)商用化, 但這些產(chǎn)品不是針對數(shù)據(jù)低于20Mbps 的總線(SPITM、I2CTM、USB 等) 優(yōu)化的, 這些具有較大的封裝尺寸、較多的數(shù)和I/ O 方向控制引腳,因而不適合小型串行或和更高速率的總線(如、、等) 。
發(fā)展?fàn)顩r編輯
很多繼續(xù)向更低的電壓信號水平轉(zhuǎn)移。這個發(fā)展潮流背后的動力是對減少功耗的需求。更快的整流速度和降低信號噪聲等方面的進(jìn)步既方便了，也向他們提出了新的挑戰(zhàn)。 在向較低的電壓水平進(jìn)軍的過程中先。I/O電壓正從1.8V轉(zhuǎn)移到1.5V，而內(nèi)核電壓能夠低于1V。下一代微處理器甚至將采用更低的電壓。外圍設(shè)備組件的電壓雖然也在降低，但水平通常落后于處理器一代左右。電壓降低方面的發(fā)展不均帶來了系統(tǒng)設(shè)計者必須解決的關(guān)鍵性難題——如何在信號之間進(jìn)行可靠的轉(zhuǎn)換。正確的信號電平可以保證系統(tǒng)的可靠工作，它們能夠防止敏感IC因過高或者過低的電壓條件而受損。雙電源轉(zhuǎn)換采用雙軌方案具有滿足各方面性能的要求。
相關(guān)理論編輯

圖1
SPI 的時鐘可超出20Mbps ,并由CMOS 推挽式邏輯輸出級驅(qū)動。數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯蜗蛐院喕宿D(zhuǎn)換器的設(shè)計。由于不必考慮數(shù)據(jù)在單條信號線上的雙向傳輸問題,因此,可以利用圖1所示的簡單電阻———二極管方案或晶體管方案。 雙向總線轉(zhuǎn)換需要考慮在單條信號線上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸,這在具體實(shí)施時比較困難,電阻———二極管結(jié)構(gòu)或單晶體管由于受其固有的單向傳輸特性的制約而無法勝任這項工作。I2C、SMBus、Dallas 半導(dǎo)體公司的1 - wire 均為雙向傳輸總線, 同時都是漏極開路I/ O 拓?fù)?。其中I2C具有三種范圍,分別為低于100kbps 的標(biāo)準(zhǔn)模式、低于400kbps的快速模式和低于3. 4Mbps 的高速模式。
在單向電平轉(zhuǎn)換中, 對于那些能夠?qū)⑤^高轉(zhuǎn)換成較低邏輯電平的器件, IC制造商規(guī)定了器件所允許的輸入范圍,在規(guī)定的輸入范圍內(nèi),器件能夠?qū)⑵漭斎肭段辉谶^壓容限內(nèi)。由于具有輸入過壓保護(hù)的邏輯器件能夠承受的輸入電壓高于其供電電壓,因此,這些器件簡化了高邏輯電平至較低邏輯電平(Vcc 邏輯電平) 的轉(zhuǎn)換方案。而在高或高容性負(fù)載連接器的設(shè)計中, 任何邏輯器件在降低電源電壓的同時,其輸出驅(qū)動能力也隨之降低,只有3. 3V CMOS/ TTL 與5V標(biāo)準(zhǔn)TTL 之間的轉(zhuǎn)換是一個特例。因為3. 3V 5V 邏輯的門限是相同的。SPI 總線既需要較高至較低邏輯電平的轉(zhuǎn)換, 也需要將較低邏輯電平轉(zhuǎn)換到較高的邏輯電平。例如在采用1. 8V 邏輯而外設(shè)邏輯為3. 3V時。當(dāng)然, 利用上述分立方案也可以實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換, 但MAX1840/ MAX1841 或MAX3390 等單片方案則可大大簡化設(shè)計過程,如圖2所示：
圖2

在通過進(jìn)行轉(zhuǎn)換時, 由于通常已存在WR 和RD 信號, 因而可以采用總線開關(guān)(如74CBTB3384) 來實(shí)現(xiàn)不同之間的。對于或2 線接口,一般需要考慮兩個問題:一是要有單獨(dú)的使能控制來控制數(shù)據(jù)流向(占用有效的控制端口) ,二是芯片尺寸較大(占據(jù)較大的線路板尺寸) 。任何設(shè)計都存在正、反兩個方面的影響,但設(shè)計人員通常希望其能夠工作在任何邏輯電平,也就是希望其是一個既可實(shí)現(xiàn)由高電壓邏輯至低電壓邏輯的轉(zhuǎn)換,也可實(shí)現(xiàn)低電壓邏輯至高電壓邏輯的轉(zhuǎn)換, 既可完成單向電平轉(zhuǎn)換, 也能完成雙向電平轉(zhuǎn)換的通用。新一代雙向轉(zhuǎn)換器MAX3370 即可勝任上述工作, 無論它工作在低電壓邏輯, 還是工作在高電壓邏輯,均可依靠外部輸出驅(qū)動吸入電流來實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換的柵極傳輸(圖3) 。這種結(jié)構(gòu)使該器件既可工作于漏極開路輸出級, 也可工作于推挽式輸出級。而且,MAX3370 具有相當(dāng)?shù)偷膶?dǎo)通電阻(低于135Ω) ,對的影響很小。圖3是MAX3770 的內(nèi)部結(jié)構(gòu), 該器件具有兩個優(yōu)點(diǎn): 首先對于漏級開路拓?fù)? MAX3370 內(nèi)部的10kΩ 上拉電阻與“加速”開關(guān)的并聯(lián)電路既省去了外部上拉元件, 也減小了由于RC 時間常數(shù)造成的紋波。在大多數(shù)電路中,數(shù)據(jù)受RC 時間常數(shù)的影響較大。而采用*“加速”結(jié)構(gòu)的MAX3770 則大大提高了數(shù)據(jù)上升沿的上拉速,減小了容性負(fù)載的影響, 其允許數(shù)據(jù)速率高達(dá)2Mbps ,因而大大改善了傳統(tǒng)設(shè)計的性能; 其次, 由于MAX3370 采用的是微型SC70 封裝,因此可有效節(jié)省線路板的空間。
圖3

MAX3370 可以實(shí)現(xiàn)低1. 2V、5. 5V 的轉(zhuǎn)換, 能夠滿足絕大多數(shù)設(shè)備對轉(zhuǎn)換的要求。需要說明的是: MAX3370 僅提供單線通用邏輯電平轉(zhuǎn)換。如果設(shè)計中存在多個I/ O 口線,則應(yīng)參照表1 選擇其它芯片。隨著系統(tǒng)I/ O 電壓數(shù)量的增多, 電平轉(zhuǎn)換的設(shè)計也更加復(fù)雜。設(shè)計時需要綜合考慮容性負(fù)載、Vcc壓差的幅度和數(shù)據(jù)等問題。對于從較高邏輯電平至較低邏輯電平的轉(zhuǎn)換, 只要保證電平轉(zhuǎn)換中的Vcc 壓差符合所允許的容限即可。而在處理低電壓邏輯至高電壓邏輯的轉(zhuǎn)換, 且同時存在較大的Vcc 壓差時,問題將變得非常棘手。雙向電平轉(zhuǎn)換或漏極開路輸出結(jié)構(gòu)都對數(shù)據(jù)速率的制約較大, 而Maxim的電平轉(zhuǎn)換器則利用其*的電路結(jié)構(gòu)簡化了電平轉(zhuǎn)換的設(shè)計。它能夠在較寬的電壓范圍實(shí)現(xiàn)單向、雙向轉(zhuǎn)換,并可提供漏極開路或推挽式輸出。這些器件采用微小的, 不需要任何外部元件,同時可大大節(jié)省線路板空間。

1、用電體系：是指電能平衡考察的對象，根據(jù)考察對象的不同，可以區(qū)分為設(shè)備（裝置）、車間、企業(yè)為單位的用電體系。
2、用電體系邊界：用電體系（單元）與相鄰部門的分界面（線）稱為用電體系（單元）的邊界，進(jìn)行電能平衡測試時，用電體系應(yīng)有明確的邊界。
3、企業(yè)電平衡的范圍：包括整個企業(yè)為生產(chǎn)目的的電能消耗的設(shè)備和各個部門，即含生產(chǎn)和輔助配套生產(chǎn)系統(tǒng)。
4、電能平衡：在確定用電體系（單元）的邊界內(nèi)，對界外供給的電能量在本用電體系內(nèi)的輸送、轉(zhuǎn)換、分布、流向進(jìn)行考察、測定、分析和研究，并建立供給和損耗 電量之間平衡關(guān)系的全過程。
5、供給電能量：指用電體系（單元）界外（電網(wǎng)供給轉(zhuǎn)供電、自發(fā)電量或上一級輸出電量）供給用電體系（單元）的有功電能的總和。
6、有效電能量：用電體系（單元）內(nèi)，在一定生產(chǎn)工藝機(jī)理條件下，使預(yù)定目標(biāo)達(dá)到工藝規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)時，在物理化學(xué)變化中必須消耗的有功電能量。
7、損失電能量：供給電能量和有效能量之差。
8、電能利用率：是用電體系（單元）中的有效能量與供給電能之比的百分?jǐn)?shù)。
9、測試效率：生產(chǎn)設(shè)備在正常工況運(yùn)行下，通過現(xiàn)場測算得到的效率，是測試設(shè)備的瞬時或某一測試時段的效率。
10、加權(quán)平均效率：在單一設(shè)備

效率測定基礎(chǔ)上，通常取設(shè)備的額定容量為加權(quán)，計算得到的同類設(shè)備的綜合加權(quán)平均效率。
11、均方根電流：用電設(shè)備的瞬時負(fù)荷電流都不能恒定的，在測算設(shè)備的效率時，應(yīng)取其均方根電流值計算。