pcb设计中常见接口类型

2020-03-11

我们知道，在電(diàn)路系统的每个子模块的数据交换中可(kě)能(néng)存在一些问题，以致于信号不能(néng)被正常地高质量地传播。例如，有(yǒu)时電(diàn)路子模块的工作顺序出现偏差（例如CPU和外围设备）或各个信号类型不一致（例如传感器检测到光信号）等，那么我们应该考虑相应的接口很(hěn)好地解决这个问题。

以下是PCB设计中常用(yòng)接口类型的特点描述：

1、TTL電(diàn)平接口

TTL電(diàn)平比较常见，它的速度通常限制在30MHz，这是由于BJT（构成低通滤波器）的输入端有(yǒu)几个pF输入電(diàn)容器。如果输入信号超过某个频率，该信号将丢失。它的驱动能(néng)力通常高达数十毫安。正常工作的信号電(diàn)压通常较高，如果它靠近具有(yǒu)较低信号電(diàn)压的ECL電(diàn)路，则会出现更严重的串扰问题。

2、RS232接口

它是低速串行通信接口准。应该注意的是，它的電(diàn)平标准有(yǒu)点异常：高電(diàn)平是-12V，低電(diàn)平是+ 12V。因此，当我们尝试通过计算机与外围设备通信时，電(diàn)平转换芯MAX232自然是必不可(kě)少的。但是我们必须意识到它的一些缺点，例如较慢的数据传输速度和较短的传输距离。

 3、差分(fēn)接口

它使用(yòng)一对端子A和B的相对输出電(diàn)压（uA-uB）表示信号。通常，差分(fēn)信号将在信号传输过程中通过复杂的噪声环境，从而导致两条線(xiàn)路都产生。噪声量基本相同，并且噪声的噪声会在接收端被抵消，因此可(kě)以实现更長(cháng)距离，更高速率的传输。业界常用(yòng)的RS-485接口采用(yòng)差分(fēn)传输方法，具有(yǒu)良好的抗共模干扰能(néng)力。

4、ECL级接口

ECL：发射极耦合電(diàn)路，也称开关逻辑性電(diàn)路。它的速度特别快，可(kě)以达到数百兆赫！这是因為(wèi)ECL内部的BJT在打开时不会饱和，因此可(kě)以减少BJT的打开和关闭时间，自然可(kě)以提高工作速度。但是，这是要付出的代价！其致命伤害：耗電(diàn)量大！由它引起的EMI问题值得考虑，并且抗干扰能(néng)力也不是更好，如果任何人都可(kě)以妥协这两点，那么他(tā)或她应该发大财。还应注意，普通的ECL集成電(diàn)路需要负電(diàn)源，也就是说，其输出電(diàn)压為(wèi)负，并且需要特殊的電(diàn)平转换電(diàn)路。

5、CMOS级接口

我们对此并不陌生，正常情况下，CMOS的功耗和抗干扰能(néng)力要比TTL好得多(duō)。但是，鲜為(wèi)人知的是，在高开关频率下，CMOS系列实际上比TTL消耗更多(duō)的功率。由于目前CMOS的工作電(diàn)压可(kě)能(néng)很(hěn)小(xiǎo)，因此某些FPGA内核的工作電(diàn)压甚至接近1.5V，这使電(diàn)平之间的噪声裕度遠(yuǎn)小(xiǎo)于TTL，从而增加了電(diàn)压波动。信号判断不正确。CMOS電(diàn)路的输入阻抗很(hěn)高，因此无需使用(yòng)大的電(diàn)解電(diàn)容器就可(kě)以减小(xiǎo)耦合電(diàn)容。由于CMOS電(diàn)路通常具有(yǒu)较弱的驱动能(néng)力，因此有(yǒu)必要在驱动ECL電(diàn)路之前执行TTL转换。另外，在设计CMOS接口電(diàn)路时，应注意避免電(diàn)容负载过大，否则上升时间将变慢，驱动器设备的功耗将增加（因為(wèi)電(diàn)容负载不会消耗功率）。

光電(diàn)耦合是基于光信号的電(diàn)信号的耦合和传输。它的好处是实现電(diàn)气隔离，因此具有(yǒu)出色的抗干扰能(néng)力。在電(diàn)路工作于高频的情况下，基本上只有(yǒu)高速光隔离接口電(diàn)路可(kě)以满足数据传输的需求。有(yǒu)时，為(wèi)了实现高電(diàn)压和高電(diàn)流控制，我们必须如上所述设计和使用(yòng)光隔离接口電(diàn)路来连接这些低電(diàn)平，低電(diàn)流TTL或CMOS電(diàn)路。因為(wèi)光隔离接口的输入和输出電(diàn)路可(kě)以承受几千伏的高压，这对于一般应用(yòng)来说已经足够了。

此外，光隔离接口的输入和输出部分(fēn)必须使用(yòng)单独的電(diàn)源，否则，存在電(diàn)接触，达不到隔离目标。

7、線(xiàn)圈耦合接口

其電(diàn)隔离特性良好，但允许的信号带宽有(yǒu)限。例如，变压器耦合，其功率传输效率非常高，输出功率基本上接近其输入功率。因此，对于升压变压器，它可(kě)以具有(yǒu)较高的输出電(diàn)压，但只能(néng)提供较低的電(diàn)流。另外，变压器的高频和低频特性不容乐观，但其极大特点是可(kě)以实现阻抗变换。合理(lǐ)匹配后，负载即可(kě)获得足够的功率。因此，在功率放大器電(diàn)路设计(PCB设计)中经常使用(yòng)变压器耦合接口。