低压CPLDEPM7512A的混合电压系统设计.doc

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1、低压CPLDEPM7512A的混合电压系统设计文章作者：西北工业大学田红张晓斌黎顺元文章类型：设计应用文章加入时间：2004年12月1日19:5文章出处：单片机及嵌入式系统应用   摘要：较详细地阐述不同逻辑电平的接口原理。以低压CPLDEPM7512A为例，给出在混合电压系统中的具体设计方案。   关键词：低压CPLD逻辑电平电源EMP7512A引言随着微电子技术的飞速发展，体积更小、功耗更低、性能更佳的低压芯片不断涌现。I/O电平逻辑向3.3V、2.5V、1.8V，甚至更低的方向发展。但数十年来，由

2、于5V电源的器件一直占据比较重要的市场，在系统设计中它们经常共存在一块电路板中，因此在设计它们的过程中，就不可避免地要碰到不同电压电平的接口问题。1EPM7512A简述　　EMP7512A是Altera公司推出的MAX7000A系列的CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice)；采用CMOSEEPROM工艺，传输延时仅为3.5ns，可实现频率高达200MHz的计数器；内部具有丰富的资源——512个触发器，1万个用户可编程门；为了比较适合混合电压系统，提供了2.5V、3.3V电压的

3、内核，通过配置，输入引脚可以工作兼容2.5V/3.3V/5V/逻辑电平，输出可以配置为2.5V/3.3V逻辑电平输出。EPM7512A同时还提供了JTAG接口，可进行ISP编程，极大方便了用户。2电源设计　　在本系统中，外界提供的电源为±12V和+5V，而EPM7512A的工作电压需接3.3V，所以首先要解决好电源的问题。以下是几种解决方案。   (1)采用低压差线性稳压芯片　　线性稳压芯片是一种最简单的电源转换芯片，基本上不需要外围元件。使用方便、成本低、纹波小、无电磁干扰。但是传统的线性稳压器，如78x

4、x系列都要求输入电压要比输出电压高2V~3V以上，否则不能正常工作，所以78xx系列已经不能够满足3.3V电源设计的要求。面对低电压电源的需求，许多电源芯片公司推出了低压差线性稳压器LDO(LowDropoutRegulator)。这种电源芯片的压差只有1.3V~0.2V，可以实现5V转3.3V/2.5V，3.3V转2.5V/1.8V等要求。   (2)设计开关电源　　开关电源也是实现电源转换的一种方法，且效率很高，但设计要比使用线性稳压器复杂得多。不过对于大电流高功率的设计，建议采用开关电源。现在开关电源

5、里面的同步整流技术可以很好地解决低压、大电流的问题。   (3)电阻分压　　这种方法简单、成本低，但是分压输出受负载大小影响，不推荐在低压系统中使用。综合对比上面几种方案，选用了TI公司的LDO芯片TPS7333QD，负载能力500mA，符合系统功耗要求。3逻辑接口设计   (1)各种电平的转换标准　　EMP7512A的供电电压为3.3V，当VCCINT接3.3V时，输入口的逻辑电平范围为-2V~5.75V。输出口的逻辑电平范围为0V~VCCIO。VCCIO可以接2.5V或者3.3V。在进行CPLD系统设计

6、时，除了CPLD本身外，还有很多外围的模块和芯片，比如Flash、D/A、A/D等。这些可归成两类——驱动CPLD的5V电平和被CPLD驱动的5V电平芯片。因此就存在一个如何将低压CPLD与这些芯片或模块可靠接口的问题。表1所列为5VCMOS、5VTTL和3.3V电平的转换标准。其中，VOH表示输出高电平的最低电压，VIH表示输入高电平的最低电压，VIL表示输入低电平的最高电压，VOL表示输出低电平的最高电压。从表1中可以看出，5VTTL和3.3V的转换标准是一样的，而5VCMOS的转换标准是不同的。因此，

7、在将3.3V系统与5V系统接口时，必须考虑到两者的不同。表15VCMOS/TTL、3.3VTTL逻辑电平标准比较项目VOLVOHVILVIHVCCGND5VCMOS0.54.441.53.5505VTTL0.42.40.82503.3VTTL0.42.40.823.30   (2)逻辑电平不同时接口出现的问题　　在混合电压系统中，不同电源电压的逻辑器件互相接口存在以下几个问题。①加到输入和输出引脚上允许的最大电压限制问题。器件对加到输入或者输出脚上的电压通常是有限制的。这些引脚由二极管或者分离元件接到Vcc

8、。如果接入的电压过高，则电流将会通过二极管或者分离元件流向电源。例如在3.3V器件的输入端加上5V的信号，则5V电源会向3.3V电源充电。持续的电流将会损坏二极管和其它电路元件。②两个电源间电流的互串问题。在等待或者掉电方式时，3.3V电源降落到0V，大电流将流通到地。这使得总线上的高电压被下拉到地，引起数据丢失和元件损坏。必须注意的是：不管在3.3V的工作状态还是在0V的等待状态，都不允许电流流向Vcc。③接口