邏輯電平之特殊互連(總線保持、串聯阻尼電阻、熱插拔)

邏輯電平之特殊互連（總線保持、串聯阻尼電阻、熱插拔）

TI 發表於 2020-12-20 12:02:06

本篇主要介紹邏輯互連中的一些具有特殊功能的互連。這些特殊功能包括總線保持、串聯阻尼電阻、熱插拔等。

1、總線保持(Bus Hold)

假設初始狀態為輸入端和輸出端均為高電平，反饋電路沒有電流流過。如果輸入端的驅動源停止驅動，輸入端可憑藉反饋電路保持高電平，反饋電路上流過的電流為漏電流(IOZ)，一般僅為幾毫安。

輸入端可由內部反饋電路保持輸入端最後的確定狀態，可以防止因輸入端浮空的不確定而導致器件振蕩自激損壞；輸入端無需外接上拉或下拉電阻，節省PCB空間，降低了器件成本開銷和功耗。

 

 
 

 

針對總線保持功能，可參見TI Application Note：System Considerations For Using Bus-hold Circuits To Avoid Floating Inputs。器件型號中帶「H」的一般都具有總線保持功能，如AXCH, ALVTH, LVTH, LVCH, ALVCH, AVCH, ABTH等。

2、串聯阻尼電阻（series damping resistors）

輸出端加入串聯阻尼電阻可以限流，有助於降低信號上衝/下衝噪聲，消除線路振鈴，改善信號質量。對於單向驅動器件，串聯電阻加在其輸出端；對於雙向的收發器件，串聯電阻加在兩邊的輸出端。

 

 

3、熱插拔

上電/掉電三態（PU3S，Power up/power down 3-state）即熱拔插性能。根據級別的不同，熱插拔可分為四個等級：

級別0：完全不支持熱插拔，插拔前必須先關斷電源。絕大多數的邏輯器件都不支持熱插拔（如AC/ACT/AHC/AHCT/ALS/ALVC/AS/F/HC/HCT/HSTL/LS/S/SSTL/TTL等）。

級別1：支持局部掉電(Partial-Power-Down)，器件掉電時，關斷接口通道的電源，以免接口信號的電流倒灌到電源引腳，損壞器件。但插拔前，主系統必須先暫停接口信號的傳輸。級別1要求接口器件支持Ioff特性（如AVC/LV/LVC/GTL等）。

級別2：支持熱插拔(Hot Insertion)。除了級別1支持的功能外，還可以防止插拔時可能產生的總線衝突。要求接口器件支持Ioff、PU3S(Power Up 3-State)（ABT/ALVT/LVT）。

級別3：支持在線插拔(Live Insertion)。除了級別2支持的功能外，還能保證單板插拔時接口總線的數據不受影響。要求接口器件支持Ioff、PU3S、BIAS VCC特性（如GTLP）。

針對級別1，具有Ioff特性的CMOS器件輸出埠增加了一個關斷二極體。當邏輯器件掉電時，VCC為零，但輸入/輸出埠仍和其他處於工作狀態的器件相連，埠上還存在一定的電流，如果器件埠不包含關斷二極體，該埠電流將通過PMOS管的寄生二極體流入VCC引腳。而關斷二極體的作用就是阻斷該通路。關斷二極體處於PMOS和VCC之間，在NMOS和GND之間不需要，因為NMOS的寄生二極體已經起到了關斷二極體的作用了。

 

 
 

 

Ioff參數是指，當器件掉電後，即VCC=0，輸入或輸出埠通過關斷二極體的洩露通道，能流入VCC引腳的最大電流為1uA。

針對級別2，支持PU3S的接口器件（3-STATE OUTPUTS），在VCC上電完成之前，輸出埠保持為高阻態而不對任何輸入信號作響應。

 

 

在PU3S結構中，R1和R2構成分壓電路，使M1隻有在VCC的電平超過閾值後才能導通，因此在VCC上電的過程中，節點2保持為高電平，驅動PU3S輸出低電平，VCC上電完成後，M1導通，節點2變為低電平，驅動PU3S輸出高電平，器件輸出端開始正常工作。

單板熱插拔時，對接口器件輸出狀態的控制很有必要（因為接口器件的輸出是後端控制電路的輸入，為了保證控制時序正常，需控制好接口器件的輸出）。根據VCC上電的步驟，該過程分為三個階段：Ioff階段、PU3S階段、OE#控制階段。

 

 

Ioff階段：VCC=0，Ioff結構利用關斷二極體阻斷輸出埠與VCC之間的通道；

PU3S階段：VCC上電過程，PU3S結構使輸出埠呈高阻態；

OE#控制階段：VCC上升達到閾值後，PU3S釋放對輸出埠的控制權，交由OE#控制。

PU3S階段和OE#控制階段存在一個重合區，其目的是確保接口器件對輸出信號的完全控制，在設計中，最好將OE#上拉到VCC。

在PU3S結構中，由於寄生電容C1、C2的存在，當VCC上電過快時，PU3S結構不能正常工作，因此，在支持PU3S特性的邏輯器件datasheet中，都會有對上電速率的要求：Δt/ΔV。

 

 

NXP的74LVC4245A的要求（詳細可參看datasheet）

 

 

 

TI的SN74LVC8T245的要求（詳細可參看datasheet）

針對級別3，Ioff和PU3S實現了對接口器件的硬體保護，但並不能保護接口總線上正在傳輸的數據。利用BIAS VCC結構可預充電待插入單板的輸入/輸出接口，避免對正處在工作中的總線構成幹擾。

接口器件的引腳都存在一定的容性，而電容的作用是阻礙電平的變化，單板插入時，單板上接口器件的引腳電容傾向於將信號電平拉低，待電容充電完畢後，信號電平才得以恢復。

 

 

BIAS VCC相關的參數有BIAS VCC和ICC(BIAS VCC預充電電路的電流）。要求BIAS VCC（預充電電路的電源）先於VCC上電。

BIAS VCC結構對信號連接器的選型有一定要求，要求接口器件的BIAS VCC和GND引腳先和背板連接器相連，以便實現預充電。應選擇長短針結構的連接器。

以上就是針對總線保持、串聯阻尼、熱插拔等特殊功能的邏輯互連，詳細的資料可參見TI等廠家的相關應用筆記。

編輯：hfy

打開APP閱讀更多精彩內容

聲明：本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人，不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用，如有內容圖片侵權或者其他問題，請聯繫本站作侵刪。 侵權投訴