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標準三端線性穩(wěn)壓器的壓差通常是 2.0-3.0V。要把 5V 可靠地轉換為 3.3V，就不能使用它們。壓差為幾百個毫伏的低壓降 （Low Dropout， LDO）穩(wěn)壓器，是此類應用的理想選擇。圖 1-1 是基本LDO 系統(tǒng)的框圖，標注了相應的電流。從圖中可以看出， LDO 由四個主要部分組成：

技巧一

使用LDO穩(wěn)壓器，從5V電源向3.3V系統(tǒng)供電

標準三端線性穩(wěn)壓器的壓差通常是 2.0-3.0V。要把 5V 可靠地轉換為 3.3V，就不能使用它們。壓差為幾百個毫伏的低壓降 （Low Dropout， LDO）穩(wěn)壓器，是此類應用的理想選擇。圖 1-1 是基本LDO 系統(tǒng)的框圖，標注了相應的電流。從圖中可以看出， LDO 由四個主要部分組成：

1. 導通晶體管
2. 帶隙參考源
3. 運算放大器
4. 反饋電阻分壓器

在選擇 LDO 時，重要的是要知道如何區(qū)分各種LDO。器件的靜態(tài)電流、封裝大小和型號是重要的器件參數(shù)。根據(jù)具體應用來確定各種參數(shù)，將會得到最優(yōu)的設計。

LDO的靜態(tài)電流IQ是器件空載工作時器件的接地電流 IGND。IGND 是 LDO 用來進行穩(wěn)壓的電流。當IOUT>>IQ 時， LDO 的效率可用輸出電壓除以輸入電壓來近似地得到。然而，輕載時，必須將 IQ 計入效率計算中。具有較低 IQ 的 LDO 其輕載效率較高。輕載效率的提高對于 LDO 性能有負面影響。靜態(tài)電流較高的 LDO 對于線路和負載的突然變化有更快的響應。

技巧二

采用齊納二極管的低成本供電系統(tǒng)

這里詳細說明了一個采用齊納二極管的低成本穩(wěn)壓器方案。

可以用齊納二極管和電阻做成簡單的低成本 3.3V穩(wěn)壓器，如圖 2-1 所示。在很多應用中，該電路可以替代 LDO 穩(wěn)壓器并具成本效益。但是，這種穩(wěn)壓器對負載敏感的程度要高于 LDO 穩(wěn)壓器。另外，它的能效較低，因為 R1 和 D1 始終有功耗。R1 限制流入D1 和 PICmicro? MCU的電流，從而使VDD 保持在允許范圍內(nèi)。由于流經(jīng)齊納二極管的電流變化時，二極管的反向電壓也將發(fā)生改變，所以需要仔細考慮 R1 的值。

R1 的選擇依據(jù)是：在最大負載時——通常是在PICmicro MCU 運行且驅(qū)動其輸出為高電平時——R1上的電壓降要足夠低從而使PICmicro MCU有足以維持工作所需的電壓。同時，在最小負載時——通常是 PICmicro MCU 復位時——VDD 不超過齊納二極管的額定功率，也不超過 PICmicro MCU的最大 VDD。

技巧三

采用3個整流二極管的更低成本供電系統(tǒng)

技巧四

使用開關穩(wěn)壓器，從5V電源向3.3V系統(tǒng)供電

如圖 4-1 所示，降壓開關穩(wěn)壓器是一種基于電感的轉換器，用來把輸入電壓源降低至幅值較低的輸出電壓。輸出穩(wěn)壓是通過控制 MOSFET Q1 的導通（ON）時間來實現(xiàn)的。由于 MOSFET 要么處于低阻狀態(tài)，要么處于高阻狀態(tài) （分別為 ON 和OFF），因此高輸入源電壓能夠高效率地轉換成較低的輸出電壓。

當 Q1 在這兩種狀態(tài)期間時，通過平衡電感的電壓- 時間，可以建立輸入和輸出電壓之間的關系。

數(shù)字連接

技巧五

3.3V →5V直接連接

將 3.3V 輸出連接到 5V 輸入最簡單、最理想的方法是直接連接。直接連接需要滿足以下 2 點要求：
? 3.3V輸出的 VOH 大于 5V 輸入的 VIH
? 3.3V輸出的 VOL 小于 5V 輸入的 VIL

能夠使用這種方法的例子之一是將 3.3V LVCMOS輸出連接到 5V TTL 輸入。從表 4-1 中所給出的值可以清楚地看到上述要求均滿足。

3.3V LVCMOS 的 VOH （3.0V）大于 5V TTL 的VIH （2.0V）且3.3V LVCMOS 的 VOL （0.5V）小于 5V TTL 的VIL （0.8V）。

如果這兩個要求得不到滿足，連接兩個部分時就需要額外的電路?？赡艿慕鉀Q方案請參閱技巧 6、7、 8 和 13。

技巧六

3.3V→5V使用MOSFET轉換器

如果 5V 輸入的 VIH 比 3.3V CMOS 器件的 VOH 要高，則驅(qū)動任何這樣的 5V 輸入就需要額外的電路。圖 6-1 所示為低成本的雙元件解決方案。

在選擇 R1 的阻值時，需要考慮兩個參數(shù)，即：輸入的開關速度和 R1 上的電流消耗。當把輸入從 0切換到 1 時，需要計入因 R1 形成的 RC 時間常數(shù)而導致的輸入上升時間、 5V 輸入的輸入容抗以及電路板上任何的雜散電容。輸入開關速度可通過下式計算：

技巧七

3.3V→5V使用二極管補償

表 7-1 列出了 5V CMOS 的輸入電壓閾值、 3.3VLVTTL 和 LVCMOS 的輸出驅(qū)動電壓。

技巧八

3.3V→5V使用電壓比較器

計算 R1 和 R2

技巧九

5V→3.3V直接連接

技巧十

5V→3.3V使用二極管鉗位

很多廠商都使用鉗位二極管來保護器件的 I/O 引腳，防止引腳上的電壓超過最大允許電壓規(guī)范。鉗位二極管使引腳上的電壓不會低于 Vss 超過一個二極管壓降，也不會高于 VDD 超過一個二極管壓降。要使用鉗位二極管來保護輸入，仍然要關注流經(jīng)鉗位二極管的電流。流經(jīng)鉗位二極管的電流應該始終比較小 （在微安數(shù)量級上）。如果流經(jīng)鉗位二極管的電流過大，就存在部件閉鎖的危險。由于5V 輸出的源電阻通常在 10Ω 左右，因此仍需串聯(lián)一個電阻，限制流經(jīng)鉗位二極管的電流，如圖 10-1所示。使用串聯(lián)電阻的后果是降低了輸入開關的速度，因為引腳 （CL）上構成了 RC 時間常數(shù)。

技巧十一

5V→3.3V有源鉗位

技巧十二

5V→3.3V電阻分壓器

例如，假設有下列條件存在：
? 雜散電容 = 30 pF
? 負載電容 = 5 pF
? 從 0.3V 至 3V 的最大上升時間 ≤ 1 μs
? 外加源電壓 Vs = 5V

技巧十三

3.3V→5V電平轉換器

模擬
3.3V 至 5V 接口的最后一項挑戰(zhàn)是如何轉換模擬信號，使之跨越電源障礙。低電平信號可能不需要外部電路，但在 3.3V 與 5V 之間傳送信號的系統(tǒng)則會受到電源變化的影響。例如，在 3.3V 系統(tǒng)中，ADC轉換1V峰值的模擬信號，其分辨率要比5V系統(tǒng)中 ADC 轉換的高，這是因為在 3.3V ADC 中，ADC 量程中更多的部分用于轉換。但另一方面，3.3V 系統(tǒng)中相對較高的信號幅值，與系統(tǒng)較低的共模電壓限制可能會發(fā)生沖突。

因此，為了補償上述差異，可能需要某種接口電路。本節(jié)將討論接口電路，以幫助緩和信號在不同電源之間轉換的問題。

技巧十四

3.3V→5V模擬增益模塊

技巧十五

3.3V→5V模擬補償模塊

該模塊用于補償 3.3V 轉換到 5V 的模擬電壓。下面是將 3.3V 電源供電的模擬電壓轉換為由 5V電源供電。右上方的 147 kΩ、 30.1 kΩ 電阻以及+5V 電源，等效于串聯(lián)了 25 kΩ 電阻的 0.85V 電壓源。這個等效的 25 kΩ 電阻、三個 25 kΩ 電阻以及運放構成了增益為 1 V/V 的差動放大器。0.85V等效電壓源將出現(xiàn)在輸入端的任何信號向上平移相同的幅度；以 3.3V/2 = 1.65V 為中心的信號將同時以 5.0V/2 = 2.50V 為中心。左上方的電阻限制了來自 5V 電路的電流。

技巧十六

5V→3.3V有源模擬衰減器

此技巧使用運算放大器衰減從 5V 至 3.3V 系統(tǒng)的信號幅值。

要將 5V 模擬信號轉換為 3.3V 模擬信號，最簡單的方法是使用 R1:R2 比值為 1.7:3.3 的電阻分壓器。然而，這種方法存在一些問題。

1）衰減器可能會接至容性負載，構成不期望得到的低通濾波器。
2）衰減器電路可能需要從高阻抗源驅(qū)動低阻抗負載。

技巧十七

5V→3.3V模擬限幅器

技巧十八

驅(qū)動雙極型晶體管

3V 技術示例：

技巧十九

驅(qū)動N溝道MOSFET晶體管

在選擇與 3.3V 單片機配合使用的外部 N 溝道MOSFET 時，一定要小心。MOSFET 柵極閾值電壓表明了器件完全飽和的能力。對于 3.3V 應用，所選 MOSFET 的額定導通電阻應針對 3V 或更小的柵極驅(qū)動電壓。例如，對于具有 3.3V 驅(qū)動的100 mA負載，額定漏極電流為250 μA的FET在柵極 - 源極施加 1V 電壓時，不一定能提供滿意的結果。在從 5V 轉換到 3V 技術時，應仔細檢查柵極- 源極閾值和導通電阻特性參數(shù)，如圖 19-1 所示。稍微減少柵極驅(qū)動電壓，可以顯著減小漏電流。

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