引 言
跟着微电子技能的飞速开展，体积更小、功耗更低、功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，乃至更低的方向开展。但数十年来，因为5V电源的器材一向占有比较重要的商场，在体系规划中它们常常共存在一块电路板中，因而在规划它们的过程中，就不可避免地要碰到不同电压电平的接口问题。
1 EPM7512A简述
EMP7512A是Altera公司推出的MAX7000A 系列的CPLD(Complex Programmable Logic Device)；选用CMOS EEPROM工艺，传输延时仅为3.5ns，可完成频率高达200MHz的计数器；内部具有丰厚的资源——512个触发器，1万个用户可编程门；为了比较合适混合电压体系，供给了2.5V、3.3V电压的内核，经过装备，输入引脚能够作业兼容2.5V/3.3V/5V/逻辑电平，输出能够装备为 2.5V/3.3V逻辑电平输出。EPM7512A一起还供给了JTAG接口，可进行ISP编程，极大方便了用户。
2 电源规划
在本体系中，外界供给的电源为±12V和+5V，而EPM7512A的作业电压需接3.3V，所以首先要处理好电源的问题。以下是几种处理计划。
(1)选用低压差线性稳压芯片
线性稳压芯片是一种最简略的电源转化芯片，基本上不需要外围元件。运用方便、成本低、纹波小、无电磁搅扰。 可是传统的线性稳压器，如78xx系列都要求输入电压要比输出电压高2V~3V以上，不然不能正常作业，所以78xx系列现已不能够满意3.3V电源规划的要求。 面临低电压电源的需求，许多电源芯片公司推出了低压差线性稳压器LDO(Low Dropout Regulator)。这种电源芯片的压差只要1.3V ~ 0.2V，能够完成5V转3.3V/2.5V，3.3V转2.5V/1.8V等要求。
(2)规划开关电源
开关电源也是完成电源转化的一种办法，且功率很高，但规划要比运用线性稳压器杂乱得多。不过关于大电流高功率的规划，主张选用开关电源。现在开关电源里边的同步整流技能能够很好地处理低压、大电流的问题。
(3)电阻分压
这种办法简略、成本低，可是分压输出受负载巨细影响，不推荐在低压体系中运用。归纳比照上面几种计划，选用了TI公司的LDO芯片TPS7333QD，负载才能500mA，契合体系功耗要求。
3 逻辑接口规划
(1)各种电平的转化规范
EMP7512A的供电电压为3.3V，当VCCINT接3.3V时，输进口的逻辑电平规模为-2V~5.75V。输出口的逻辑电平规模为0V~VCCIO。VCCIO能够接2.5V或许3.3V。在进行CPLD体系规划时，除了CPLD本身外，还有许多外围的模块和芯片，比方Flash、D/A、A/D等。这些可归成两类——驱动CPLD的5V电平缓被CPLD驱动的5V电平芯片。因而就存在一个如何将低压CPLD与这些芯片或模块牢靠接口的问题。表1所列为5V CMOS、5V TTL和3.3V电平的转化规范。其间，VOH表明输出高电平的最低电压，VIH表明输入高电平的最低电压，VIL表明输入低电平的最高电压，VOL表明输出低电平的最高电压。从表1中能够看出，5V TTL和3.3V的转化规范是相同的，而5V CMOS的转化规范是不同的。因而，在将3.3V体系与5V体系接口时，有必要考虑到两者的不同。 
(2)逻辑电平不一起接口呈现的问题
在混合电压体系中，不同电源电压的逻辑器材彼此接口存在以下几个问题。
① 加到输入和输出引脚上答应的最大电压约束问题。器材对加到输入或许输出脚上的电压通常是有约束的。这些引脚由二极管或许别离元件接到Vcc。假如接入的电压过高，则电流将会经过二极管或许别离元件流向电源。例如在3.3V器材的输入端加上5V的信号，则5V电源会向3.3V电源充电。继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。在等候或许掉电办法时，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。有必要留意的是：不论在3.3V的作业状况仍是在0V的等候状况，都不答应电流流向Vcc。
③ 接口输入转化门限问题。用5V的器材驱动3.3V的器材有许多不同的状况，相同TTL和CMOS间的转化电平也存在着不同状况。驱动器有必要满意接收器的输入转化电平，而且要有满足的容限以确保不损坏电路元件。
(3)EPM7512A与5V电平接口的4种景象
在该体系中，有下面4种不同的状况需考虑。(装备脚VCCINT、VCCIO均须接3.3V，把EPM7512A装备成 3.3V TTL器材。)
① 5V TTL器材驱动EPM7512A(直接相连)。因为5V TTL和3.3V的电平转化规范是相同的，5V TTL器材输出的典型值为3.6V，因而，假如3.3V器材能够接受5V的电压，则从电平上来说是完全能够直接相连的。EPM7512A能接受5V TTL电平驱动。
② EPM7512A驱动5V TTL器材(直接相连)。因为 3.3V器材的VOH和VOL电平分别是2.4V和0.4V，5V TTL器材的VIH 和VIL 电平分别是2V和0.8V；而EPM512A 实际上能输出3V摆幅的电压，明显5V TTL器材能够正确辨认EMP7512A的输入电平。
③ 5V CMOS器材驱动EPM7512A(直接相连)。剖析5V CMOS的VOH 和VOL以及3.3V的VIH 和VIL 的转化电平能够看出，尽管两者存在必定的不同，可是能够接受5V电压的3.3V器材能够正确辨认5V器材送来的电平值。所以能够接受5V电压的3.3V 器材的输入端能够直接与5V器材的输出端接口。EPM7512A有5V容限，故能直接与5V器材的输出端接口。
④ EPM7512A驱动5V CMOS(不能直接相连)。3.3V与5V CMOS的电平转化规范是不相同的。从表1中能够看出，3.3V输出的高电压的最低电压值VOH = 2.4V(输出的最高电压能够到达3.3V)，而5V CMOS器材要求的高电平最低电压VIH = 3.5V，因而EMP7512A的输出不能直接与5V CMOS器材的输入相衔接。为此有必要做些处理。最通用的办法便是，运用电平接口转化芯片完成3.3V与5V电平的彼此转化。能够选用双电压(一边是3.3V，另一边是5V)供电的双向驱动器来完成电平转化。如TI的SN74ALVC164245、SN74ALVC4245等芯片，能够较好地处理3.3V与5V电平的转化问题。关于5 V TTL 或许5 V CMOS器材，假如驱动3.3V(但无5V容限)的器材，就不能直接衔接，而也可经过SN74ALVC16245来完成5V到3.3V的转化。关于EPM7512A驱动5V CMOS的状况还有个比较好的办法是，使输出口OC(集电极开路)输出，外面接一个电阻上拉到5V，这样就能够驱动5V CMOS器材了，仅仅逻辑反向了罢了。
4 总 结
混合逻辑体系会在一个比较长的时间内存在。它的规划比较杂乱，有必要仔细剖析其间的逻辑接口问题，不然简单使芯片焚毁或许逻辑失真。笔者在使用EEM7512A的过程中总结了这几种办法，对规划混合逻辑体系具有普遍意义。
参考文献
1 黄正瑾. CPLD 体系规划技能入门与使用. 北京: 电子工业出版社, 2002
2 Altera. MAX7000A Data sheet. 2003-04
3 Altera. Using Altera Device in Multiple-Voltage Systems. 2001-02
4 Intel. Low Voltage Embedded Design. 1993-02
田红：研讨生，首要研讨方向为电力电子技能及嵌入式体系。
张晓斌：副教授，首要研讨方向为电力电子技能。
