FPGA在電平介面領域的應用

2022-05-02 19:42:08 字數 2911 閱讀 5623

電子技術的發展,產生了各種各樣的電平介面。

ttl電平:

ttl電平訊號之所以被廣泛使用,原因是因為:通常我們採用二進位制來表示資料。而且規定,+5v等價於邏輯「1」,0v等價於邏輯「0」。這樣的資料通訊及電平規定方式,被稱做ttl(電晶體-電晶體邏輯電平)訊號系統。這是計算機處理器控制的裝置內部各部分之間通訊的標準技術。

ttl三態門

cmos電平:

cmos電平邏輯電平電壓接近於電源電壓,0 邏輯電平接近於 0v。而且具有很寬的雜訊容限。

cmos電路由於輸入太大的電流,內部的電流急劇增大,除非切斷電源,電流一直在增大。這種效應就是鎖定效應。當產生鎖定效應時,coms的內部電流能達到40ma以上,很容易燒毀晶元。 

防禦措施: 

cmos三態門

ttl電路與cmos電路比較:

lvds電平:

lvds(low voltage differential signal)即低電壓差分訊號,其特性如下:

所以,lvds具有高速、超低功耗、低雜訊和低成本的優良特性。

lvds應用

典型lvds電路

pecl電平:

pecl,指的是正射極耦合邏輯電平。 在電子技術中,pecl代表正射極耦合邏輯電平。如果省掉ecl電路中的負電源,採用正電源的系統(+5 v),可將vcc接到正電源而vee接到零點。這樣的電平通常被稱為pecl(positive emitter coupled logic)。如果採用+3.3 v供電,則稱為lvpecl。

ecl(emittercoupled logic)即射極耦合邏輯,是帶有射隨輸出結構的典型輸入輸出介面電路,ecl電路的最大特點是其基本閘電路工作在非飽和狀態,因此ecl又稱為非飽和性邏輯。也正因為如此,ecl電路的最大優點是具有相當高的速度。這種電路的平均延遲時間可達幾個ns數量級甚至更少。

pecl輸出結構

pecl 片內偏置輸入

pecl 片外偏置輸入

hstl電平:

hstl(high speed transceiver logic)是一種技術獨立的數字積體電路介面標準,為了實現電壓擴充套件和技術獨立i/o結構而開發的。

此標準所要求的i/o結構是差分放大輸入(乙個輸入內部關聯成乙個使用者提供的輸入參考電壓,此電壓用於單端輸入)和使用vcco的輸出。所謂技術獨立,實際上指用來做輸入參考和輸出vcco的電壓,與器件本身的供電電壓不同。

hstl最主要的應用是可以用於高速儲存器(sdram、ddr sdram)讀寫。傳統的慢速儲存器訪問時間阻礙了高速處理器的運算操作。在中頻區域(100mhz和180mhz之間),可供選擇基於單端訊號的i/o結構有:hstl、gtl/gtl+、sstl和低壓ttl(lvttl)。在180mhz以上的範圍,hstl標準是唯一可用的單端i/o介面。利用hstl的速度,快速i/o介面明顯地提高了整個系統的效能。hstl是高速儲存器應用的i/o介面選擇,同時也很完美地提供了驅動多個記憶體模組位址匯流排的能力。

gtl/gtl+電平:

gtl:類似cmos的一種結構,輸入為比較器結構,比較器一端接參考電平,另一端接輸入訊號。1.2v電源供電。 vcc=1.2v;voh>=1.1v;vol<=0.4v;vih>=0.85v;vil<=0.75v ,pgtl/gtl+:vcc=1.5v;voh>=1.4v;vol<=0.46v;vih>=1.2v;vil<=0.8v 。

gtl輸入與輸出

sstl電平:

sstl(stub series terminated logic)介面標準也是jedec所認可的標準之一。該標準專門針對高速記憶體(特別是sdram)介面。sstl規定了開關特點和特殊的端接方案,它是為了在高速儲存匯流排上提高訊號完整性的目的而建立的。sstl_3是3.3v標準;sstl_2是2.5v標準,sstl_18是1.8v標準。

它與lvttl和lvcmos的不同在於sstl是傳輸線終端匹配的。因此sstl具有輸出阻抗和匹配方法的要求,這使其在高速訊號傳輸時降低了emi,改善建立時間。sstl的輸入是乙個差分對比電路,一端為輸入,另一端為參考電壓vref,ddr應用sstl電平比較多。

ddrii sdram 記憶體條

在這樣的混合電平環境裡面,如果用傳統的電平轉換器件實現介面會導致電路複雜性提高。利用fpga支援多電平共存的特性,可以大大簡化設計方案,降低設計風險。

fpga io電壓配置

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這只是fpga應用領域的冰山一角,如今fpga應用於各個技術領域。

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