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  • LVDS信号与TTL信号

    万次阅读 2015-01-04 08:55:27
    LVDS信号与TTL信号 液晶显示器驱动板输出的数字信号中,除了包括RGB数据信号外,还包括行同步、场同步、像素时钟等信号,其中像素时钟信号的最高频率可超过28MHz。采用TTL接口,数据传输速率不高,传输距离较短,且...

    LVDS信号与TTL信号

    液晶显示器驱动板输出的数字信号中,除了包括RGB数据信号外,还包括行同步、场同步、像素时钟等信号,其中像素时钟信号的最高频率可超过28MHz。采用TTL接口,数据传输速率不高,传输距离较短,且抗电磁干扰(EMI)能力也比较差,会对RGB数据造成一定的影响;另外,TTL多路数据信号采用排线的方式来传送,整个排线数量达几十路,不但连接不便,而且不适合超薄化的趋势。采用LVDS输出接口传输数据,可以使这些问题迎刃而解,实现数据的高速率、低噪声、远距离、高准确度的传输。

    1 接口

    那么,什么是LVDS输出接口呢?LVDS,即Low Voltage DifferentialSignaling,是一种低压差分信号技术接口。它是美国NS公司(美国国家半导体公司)为克服以TTL电平方式传输宽带高码率数据时功耗大、EMI电磁干扰大等缺点而研制的一种数字视频信号传输方式。

    LVDS输出接口利用非常低的电压摆幅(约350mV)在两条PCB走线或一对平衡电缆上通过差分进行数据的传输,即低压差分信号传输。采用LVDS输出接口,可以使得信号在差分PCB线或平衡电缆上以几百Mbit/s的速率传输,由于采用低压和低电流驱动方式,因此,实现了低噪声和低功耗。LVDS输出接口在17英寸及以上液晶显示器中得到了广泛的应用。[1]

    2 组成

    在液晶显示器中,LVDS接口电路包括两部分,即驱动板侧的LVDS输出接口电路(LVDS发送器)和液晶面板侧的LVDS输入接口电路(LVDS接收器)。LVDS发送器将驱动板主控芯片输出的TTL电平并行RGB数据信号和控制信号转换成低电压串行LVDS信号,然后通过驱动板与液晶面板之间的柔性电缆(排线)将信号传送到液晶面板侧的LVDS接收器,LVDS接收器再将串行信号转换为TTL电平的并行信号,送往液晶屏时序控制与行列驱动电路。图1所示为LVDS接口电路的组成示意图。

    在数据传输过程中,还必须有时钟信号的参与,LVDS接口无论传输数据还是传输时钟,都采用差分信号对的形式进行传输。所谓信号对,是指LVDS接口电路中,每一个数据传输通道或时钟传输通道的输出都为两个信号(正输出端和负输出端)。

    需要说明的是,不同的液晶显示器,其驱动板上的LVDS发送器不尽相同,有些LVDS发送器为一片或两片独立的芯片(如DS90C383),有些则集成在主控芯片中(如主控芯片gm5221内部就集成了LVDS发送器)。[1]

    3电路类型

    与TTL输出接口相同,LVDS输出接口也分为以下四种类型:

    (l)单路6位LVDS输出接口

    这种接口电路中,采用单路方式传输,每个基色信号采用6位数据,共18位RGB数据,因此,也称18位或18bit LVDS接口。

    (2)双路6位LVDS输出接口

    这种接口电路中,采用双路方式传输,每个基色信号采用6位数据,其中奇路数据为18位,偶路数据为18位,共36位RGB数据,因此,也称36位或36bit LVDS接口。

    (3)单路8位LVDS输出接口

    这种接口电路中,采用单路方式传输,每个基色信号采用8位数据,共24位RGB数据,因此,也称24位或24bit LVDS接口。

    (4)双路8位LVDS输出位接口

    这种接口电路中,采用双路方式传输,每个基色信号采用8位数据,其中奇路数据为24位,偶路数据为24位,共48位RGB数据,因此,也称48位或48bit LVDS接口[1]

    4芯片介绍

    典型的LVDS发送芯片分为四通道、五通道和十通道几种,下面简要进行介绍。

    (1)四通道LVDS发送芯片

    图2 所示为四通道LVDS发送芯片(DS90C365)内部框图。包含了三个数据信号(其中包括RGB、数据使能DE、行同步信号HS、场同步信号VS)通道和一个时钟信号发送通道。

    4通道LVDS发送芯片主要用于驱动6bit液晶面板。使用四通道LVDS发送芯片可以构成单路6bit LVDS接自电路和奇/偶双路6bit LVDS接口电路。

    (2)五通道LVDS发送芯片

    图3 所示为五通道LVDS发送芯片(DS90C385)内部框图。包含了四个数据信号(其中包括RGB、数据使能DE、行同步信号HS、场同步信号vs)通道和一个时钟信号发送通道。

    五通道LVDS发送芯片主要用于驱动8bit液晶面板。使用五通道LVDS发送芯片主要用来构成单路8bit LVDS接口电路和奇/偶双路8bit LVDS接口电路。

    (3)十通道LVDS发送芯片

    图4所示为十通道LVDS发送芯片(DS90C387)内部框图。包含了八个数据信号(其中包括RGB、数据使能DE、行同步信号HS、场同步信号VS)通道和两个时钟信号发送通道。

    十通道LVDS发送芯片主要用于驱动8bit液晶面板。使用十通道LVDS发送芯片主要用来构成奇/偶双路8bit LVDS位接口电路。

    在十通道LVDS发送芯片中,设置了两个时钟脉冲输出通道,这样做的目的是可以更加灵活的适应不同类型的LVDS接收芯片。当LVDS接收电路同样使用一片十通道LVDS接收芯片时,只需使用一个通道的时钟信号即可;当LVDS接收电路使用两片五通道LVDS接收芯片时,十通道LVDS发送芯片需要为每个LVDS接收芯片提供单独的时钟信号。[1]

    5信号传输

    输入

    LVDS发送芯片的输入信号来自主控芯片,输入信号包含RGB数据信号、时钟信号控制信号三大类。

    ①数据信号:为了说明的方便,将RGB信号以及数据选通DE和行场同步信号都算作数据信号。

    在供6bit液晶面板使用的四通道LVDS发送芯片中,共有十八个RGB信号输入引脚,分别是R0~R5红基色数据(6bit红基色数据,R0为最低有效位,R5为最高有效位)六个,G0~G5绿基色数据六个,B0~B5蓝基色数据六个;一个显示数据使能信号DE(数据有效信号)输入引脚;一个行同步信号HS输入引脚;一个场同步信号VS输入引脚。也就是说,在四通道LVDS发送芯片中,共有二十一个数据信号输入引脚

    在供8bit液晶面板使用的五通道LVDS发送芯片中,共有二十四个RGB信号输入引脚,分别是红基色数据R0~R7(8bit红基色数据,R0为最低有效位,R7为最高有效位)八个,绿基色数据G0~G7八个,蓝基色数据B0~B7八个;一个有效显示数据使能信号DE(数据有效信号)输入引脚;一个行同步信号HS输入引脚;一个场同步信号VS输入引脚;一个各用输入引脚。也就是说,在五通道LVDS发送芯片中,共有二十八个数据信号输入引脚

    应该注意的是,液晶面板的输入信号中都必须要有DE信号,但有的液晶面板只使用单一的DE信号而不使用行场同步信号。因此,应用于不同的液晶面板时,有的LVDS发送芯片可能只需输入DE信号,而有的需要同时输入DE和行场同步信号

    ②输入时钟信号:即像素时钟信号,也称为数据移位时钟(在LVDS发送芯片中,将输入的并行RGB数据转换成串行数据时要使用移位寄存器)。像素时钟信号是传输数据和对数据信号进行读取的基准。

    ③待机控制信号(POWER DOWN):当此信号有效时(一般为低电平时),将关闭LVDS发送芯片中时钟PLL锁相环电路的供电,停止IC的输出。

    ④数据取样点选择信号:用来选择使用时钟脉冲的上升沿还是下降沿读取所输入的RGB数据。有的LVDS发送芯片可能并不设置待机控制信号和数据取样点选择信号,但也有的除了上述两个控制信号还设置有其他一些控制信号。[1]

    输出

    LVDS发送芯片将以并行方式输入的TTL电平RGB数据信号转换成串行的LVDS信号后,直接送往液晶面板侧的LVDS接收芯片。

    LVDS发送芯片的输出是低摆幅差分对信号,一般包含一个通道的时钟信号和几个通道的串行数据信号。由于LVDS发送芯片是以差分信号的形式进行输出,因此,输出信号为两条线,一条线输出正信号,另一条线输出负信号。

    时钟信号输出:LVDS发送芯片输出的时钟信号频率与输入时钟信号(像素时钟信号)频率相同。时钟信号的输出常表示为:TXCLK+和TXCLK-,时钟信号占用LVDS发送芯片的一个通道。

    ②LVDS串行数据信号输出:对于四通道LVDS发送芯片,串行数据占用三个通道,其数据输出信号常表示为TXOUT0+、TXOUT0-,TXOUT1+、TXOUT1-,TXOUT2+、TXOUT2-。

    对于五通道LVDS发送芯片,串行数据占用四个通道,其数据输出信号常表示为TXOUT0+、TXOUT0-,TXOUT1+、TXOUTI-,TXOUT2+、TXOUT2-,TXOUT3+、TXOUT3-。

    对于十通道LVDS发送芯片,串行数据占用八个通道,其数据输出信号常表示为TXOUT0+、TXOUT0-,TXOUT1+、TXOUT1-,TXOUT2+、TXOUT2-,TXOUT3+、TXOUT3-,TXOUT4+、TXOUT4-,TXOUT5+、TXOUT5-,TXOUT6+、TXOUT6-,TXOUT7+、TXOLT7-。

    如果只看电路图,是不能从LVDS发送芯片的输出信号TXOUT-、TXOUT0+中看出其内部到底包含哪些信号数据,以及这些数据是怎样排列的(或者说这些数据的格式是怎样的)。事实上,不同厂家生产的LVDS发送芯片,其输出数据排列方式可能是不同的。因此,液晶显示器驱动板上的LVDS发送芯片的输出数据格式必须与液晶面板LVDS接收芯片要求的数据格式相同,否则,驱动板与液晶面板不匹配。这也是更换液晶面板时必须考虑的一个问题。[1]

    TTL信号

    TTL是IP协议包中的一个值,它告诉网络数据包在网络中的时间是否太长而应被丢弃。有很多原因使包在一定时间内不能被传递到目的地。解决方法就是在一段时间后丢弃这个包,然后给发送者一个报文,由发送者决定是否要重发。TTL的初值通常是系统缺省值,是包头中的8位的域。TTL的最初设想是确定一个时间范围,超过此时间就把包丢弃。由于每个路由器都至少要把TTL域减一,TTL通常表示包在被丢弃前最多能经过的路由器个数。当记数到0时,路由器决定丢弃该包,并发送一个ICMP报文给最初的发送者。

    1 基本简介


    TTL:(Time To Live ) 生存时间

    指定数据包路由器丢弃之前允许通过的网段数量。

    TTL 是由发送主机设置的,以防止数据包不断在IP互联网络上永不终止地循环。转发IP数据包时,要求路由器至少将 TTL 减小 1。

    TTL值的注册表位置HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Tcpip\Parameters其中有个DefaultTTL的DWORD值,其数据就是默认的TTL值了,我们可以修改,但不能大于十进制的255。

    TTL(Time-To-Live),就是一条域名解析记录在DNS服务器中的存留时间。当各地的DNS服务器接受到解析请求时,就会向域名指定的NS服务器(权威域名服务器)发出解析请求从而获得解析记录;在获得这个记录之后,记录会在DNS服务器(各地的缓存服务器,也叫递归域名服务器)中保存一段时间,这段时间内如果再接到这个域名的解析请求,DNS服务器将不再向NS服务器发出请求,而是直接返回刚才获得的记录;而这个记录在DNS服务器上保留的时间,就是TTL值。[1]

    2 Ping中TTL

    举例来说:

    以下是ping曙光博客的返回值:

    C:\Documentsand Settings\user>ping

    Pinging[66.235.202.42] with 32 bytes of data:

    Replyfrom 66.235.202.42: bytes=32 time=254ms TTL=51

    Replyfrom 66.235.202.42: bytes=32 time=256ms TTL=51

    Requesttimed out.

    Replyfrom 66.235.202.42: bytes=32 time=260ms TTL=51

    Pingstatistics for 66.235.202.42:

    Packets:Sent = 4, Received = 3, Lost = 1 (25% loss),

    Approximateround trip times in milli-seconds:

    Minimum= 254ms, Maximum = 260ms, Average = 256ms

    从结果中可以看出曙光博客服务器的IP地址是:66.235.202.42,所用的时间是256ms等,那TTL等于51是什么意思呢?

    TTL是生存时间的意思,就是说这个ping的数据包能在网络上存在多少时间。当对网络上的主机进行ping操作的时候,本地机器会发出一个数据包,数据包经过一定数量的路由器传送到目的主机,但是由于很多的原因,一些数据包不能正常传送到目的主机,那如果不给这些数据包一个生存时间的话,这些数据包会一直在网络上传送,导致网络开销的增大。当数据包传送到一个路由器之后,TTL就自动减1,如果减到0了还是没有传送到目的主机,那么就自动丢失。就像上面ping曙光博客的时候第三次那样,出现Request timed out的情况,增加TTL来减少网络资源的消耗。默认情况下,Linux系统的TTL值为64或255,Windows NT/2000/XP系统的默认TTL值为128,Win7系统的TTL值是64,Windows 98系统的TTL值为32,UNIX主机的TTL值为255。(这个是从网络上找到的),曙光博客的目的主机是采用FreeBSD系统的(可能已经更换),在这里可能TTL值是64,而不是UNIX主机的255,所以在从这里到目的主机经过了64-51=13个路由(此处容易引起误区,64是代表FressBSD的默认TTL还是发起方的TTL,这个TTL初始值应该是被PING方的,我认为应该是代表发起方的TTL,因为TTL是由发送主机设置的,此处请核实后再发表,技术文章一定要严谨!!!!)(可以进行测试,使用win7系统pingwindows server 2008,ping命令显示的TTL为128系列,说明显示的TTL是被PING机系统所定)。当不知道目的主机的操作系统的时候我们可以根据TTL来猜测,但是不一定100%准确,如果目的主机是windows,但是经过了比如75个路由器,那么TTL的返回值是128-75=53,那么你可能认为这个目的主机是windows系统,但是一般不会经过那么多的路由器,所以通过TTL来判断目的主机的操作系统还是有一定的依据的。

    3 TTL值

    TTL值全称是“生存时间(Time To Live)”,简单的说它表示DNS记录在DNS服务器上缓存时间。要理解TTL值,请先看下面的一个例子:[2]

    假设,有这样一个域名myhost.baiwan-han.co m(其实,这就是一条DNS记录,通常表示在baiwan-han.c o m域中有一台名为myhost的主机)对应IP地址为1.1.1.1,它的TTL为10分钟。这个域名或称这条记录存储在一台名为-ns.baiwan-han.c o m的DNS服务器上。

    此时如果有一个用户在浏览器中键入一下地址(又称URL):myhost.baiwan-han.c o m 那么会发生些什么呢?

    该访问者指定的DNS服务器(或是他的ISP,互联网服务商,动态分配给他的)8.8.8.8就会试图为他解释myhost.baiwan-han.c o m,当然8.8.8.8这台DNS服务器由于没有包含myhost.baiwan-han.c o m这条信息,因此无法立即解析,但是通过全球DNS的递归查询后,最终定位到-ns.baiwan-han.c o m这台DNS服务器,-ns.baiwan-han.c o m这台DNS服务器将myhost.baiwan-han.c o m对应的IP地址1.1.1.1告诉8.8.8.8这台DNS服务器,然有再由8.8.8.8告诉用户结果。8.8.8.8为了以后加快对myhost.baiwan-han.c o m这条记录的解析,就将刚才的1.1.1.1结果保留一段时间,这就是TTL时间,在这段时间内如果用户又有对myhost.baiwan-han.c o m这条记录的解析请求,它就直接告诉用户1.1.1.1,当TTL到期则又会重复上面的过程。

    4 逻辑门电路

    全称Transistor-Transistor Logic,即BJT-BJT逻辑门电路,是数字电子技术中常用的一种逻辑门电路,应用较早,技术已比较成熟。TTL主要有BJT(Bipolar Junction Transistor 即双极结型晶体管,晶体三极管)和电阻构成,具有速度快的特点。最早的TTL门电路是74系列,后来出现了74H系列,74L系列,74LS,74AS,74ALS等系列。但是由于TTL功耗大等缺点,正逐渐被CMOS电路取代。

    TTL门电路有74(商用)和54(军用)两个系列,每个系列又有若干个子系列。

    TTL电平信号:

    TTL电平信号被利用的最多是因为通常数据表示采用二进制规定,+5V等价于逻辑“1”,0V等价于逻辑“0”,这被称做TTL(晶体管-晶体管逻辑电平)信号系统,这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。

    TTL电平信号对于计算机处理器控制的设备内部的数据传输是很理想的,首先计算机处理器控制的设备内部的数据传输对于电源的要求不高以及热损耗也较低,另外TTL电平信号直接与集成电路连接而不需要价格昂贵的线路驱动器以及接收器电路;再者,计算机处理器控制的设备内部的数据传输是在高速下进行的,而TTL接口的操作恰能满足这个要求。TTL型通信大多数情况下,是采用并行数据传输方式,而并行数据传输对于超过10英尺的距离就不适合了。这是由于可靠性和成本两面的原因。因为在并行接口中存在着偏相和不对称的问题,这些问题对可靠性均有影响。

    TTL输出高电平>2.4V,输出低电平<0.4V。在室温下,一般输出高电平是3.5V,输出低电平是0.2V。最小输入高电平和最大输入低电平:输入高电平>=2.0V,输入低电平<=0.8V,噪声容限是0.4V。

    TTL电路是电流控制器件,TTL电路的速度快,传输延迟时间短(5-10ns),但是功耗大。

    5 镜头曝光

    TTL用于表示任何采用Through The Lens (通过镜头)测量曝光方式的闪光灯系统。

    TTL -光线通过镜头并被胶片反射,闪光灯感应器在曝光期间持续测光,直到获得正确的曝光量。此系统被称为TTL闪光测光系统

    后来又发展为A-TTL,到了数码时代,又发展为D-TTL。

    佳能使用的是 E-TTL,尼康使用的是 i-TTL,都是TTL的具体表现形式,详见“相关词条”。

    简介

    在历史上 TTL的发展分为两个阶段:相机内置TTL测光组件,及带有TTL功能的闪光灯。有趣的是,相机内置TTL发布后差不多15多年后,才有TTL闪光灯的出现。TTL的出现,给用户带来最大的方便就是即使在仓卒情况下拍摄,来不及估计距离、调整光圈等,用闪光灯时都不会有太大偏差,使新闻摄影等工作变得更加方便。[3]

    从外测光到内测光

    TTL的全称是Through The Lens,意指“通过镜头”。没有TTL之前,相机测光主要靠机身外的Cds(Cadmium-Sulfide硫化镉光敏电阻),这种测光方式易受环境光影响,也不能反映光线经过多层镜片或滤镜造成的光量损失,容易导致曝光不足。而TTL的测光组件设在机身内部,大约在镜头后接近底片/传感器的位置。由于是测量通过镜头后的光线,所以TTL测光的准确度比外测光更加优秀。[3]

    先说说TTL相机的历史,其实关于世界上首部使用TTL测光系统的相机还存在争论。因为在60年代,几家相机公司包括Topcon、Nikon及Pentax等都先后推出有TTL测光的相机,Pentax先于1960年提出这个概念,但直到1964年推出Spotmatic才正式量产,反而Topcon于1963年先行进入市场,略占先机。[3]

    Pentax于1971年推出Pentax ES,意指electronic shutter,是全球首部可以由TTL系统连动控制快门速度的单反相机。由于使用电子控制,变成无段式快门,突破原本机械快门预设限制,如1/53秒或1/1300秒的速度都可以达到,令曝光的精确度提高。不过当年Pentax并没有将此概念进一步发展,推出具备TTL的闪光灯。约7年后,即1978年,由Olympus推出了全球首支TTL闪光灯T32,TTL测光加闪光系统才正式出现。[3]

    从自动测光到TTL测光

    最初的闪光灯不能改变输出量,每次闪光都是全输出。主体与相机之间的距离如果有所改变,就要靠调整光圈来控制闪光的接收量,从而得到合适的曝光。后来出现了设有外置测光原件的自动闪光灯,可以根据主体的受光程度来控制闪光输出。至于闪光灯控制光量的方法,在于控制闪光开与关的时间。闪光发生的时间仅在1/1000至1/10000秒之间,当快门开启时,闪光灯同时输出。当测光组件认为对象反射的光量足够时,就会在曝光中途、快门仍然保持开启时终止闪光输出。主体的曝光于是就靠闪灯来完成,至于背景环境的曝光,主要靠快门开启的时间来决定。[3]

    不过自动闪光灯也存在相机外测光的问题,如果镜头装上滤镜,就会影响闪灯输出的准确性。而TTL闪光灯出现后,因为可从镜头测光得到光圈及主体亮度等数据,就能如实反映所需光量,更精确地控制闪光时间,省下过去要计算光圈及距离的麻烦。现代闪光灯更可以做到变焦连动,帮助调整照射范围,令电源更有效利用而不致浪费。[3]

    但有一点要留意,与自动测光、曝光一样,TTL闪光灯仅是提供一个正常的曝光量,有需要时仍可通过闪光灯输出补偿(Flash compensatoin)作出改动,一般闪光灯都有1/3级的 EV调整。所以TTL最好作为正常曝光的参考指标,有需要时再作出改动,而非铁板一块。[3]

    另一方面,当我们将相机设定在自动曝光模式(如P或Auto)时,相机很多时都会将光圈及快门固定在某一数值。如果我们希望对景深、主体的动态表达及背景的亮度等进行控制,就需要使用手动曝光模式。[3]

     

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  • 而我们要做的,就是TTL传输速度快,还要传得远

    作者:周工,排版:晓宇

    微信公众号:芯片之家(ID:chiphome-dy)

    TTL传输100+米,是不是很惊讶?

    早就看透了你的心思。

    传输100+米,干嘛不用差分信号?

    就知道你会这么想。

    言归正题,一般IC的TTL信号只能传输几米或十几米,比如STM8S系列单片机,直接IO驱动信号线,实测不超过7米,信号线过长时单片机可能宕机。TTL信号实际的传输距离,因IC不同会有差异,总之不会太远。

    而我们要做的,就是TTL传输速度快,还要传得远,但复杂度和成本都低于差分电路。那么在实现这一目标前,先介绍一下该方案的主角——BL1551。

    BL1551是贝岭产的单组低电压单刀双掷模拟开关,SC70-6封装,带宽300Mhz。开关切换时间,Ton=12ns,Toff=5ns,可满足高速信号的传输要求。先断开后接通,相当于死区控制。如下图所示,如果要实现先断开,后接通,则需要两个IO分别控制Q1和Q2,而BL1551内部实现了这个功能,我们只需一个IO控制就行了。

    根据BL1551的规格书可知,BL1551的数字I/O,输入电压高于1V时,为高电平,输入电压低于0.5V时,为低电平。可以实现不同电压信号的电平转换功能。比如单片机是3.3V,远程终端是5V系统,通过BL1551将单片机的3.3V信号转换成5V信号输出。

    BL1551内部A1或A2到B的连续电流最大200mA。强大的信号线驱动能力,不仅实现信号的远距离传输,还可通过信号线为低功耗目标板供电。

     

    A1接VCC,A2接GND,ENB接单片机引脚,B输出的信号与单片机的引脚同相,如果将A1接GND,A2接VCC,可实现信号反相功能。

    综合可得,高隔离度,高速开关切换,强大的电流驱动能力,为高速信号的远距离的传输,做好了前期准备工作。下面通过项目实例来分享对BL1551的应用。

    案例1:STM32F030控制SM16703之电平转换

    STM32F030是ST生产的32位M0内核单片机,工作电压不高于3.6V,通常用3.3V供电。SM16703是明微电子生产的LED全彩驱动IC,采用800kb归零码串行数据信号,内置5V稳压管,信号高电平电压为4.5~5.5V。通过BL1551将3.3V信号转换成5V信号输出。

    案例2:STM32F030控制SM16703之远距离传输

    除了前面讲的电平转换和驱动能力外,将信号反相输出,效果更佳。补充一下,接收端加一个反相的施密特触发器或通过单片机引脚输出反相信号。

    案例3:高速稳定低价的单向差分驱动电路

    很多应用场合,数据是单向传输的。比如LED控制系统。具体应用可根据成本,通信速率,稳定性进行选择。低速的485芯片稳定性好,但是没法满足高速通信的需求。能满足高速通信需求的,老是烧485芯片(大厂的也会烧,具体看应用场合;同样的电路,装在铝壳里不烧,装在铁壳里会烧)。另外高速稳定的485芯片,成本可能很难控制。对于一些单向差分通信,通过对BL1551的灵活运用,可实现高速、稳定、成本可控的差分驱动。给鬼佬做的800k归零码转差分就是用的这个电路,电路如下图所示。

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  • 什么是TTL电平?TTL电平信号被利用的最多是...TTL电平信号对于计算机处理器控制的设备内部的数据传输是很理想的:首先,计算机处理器控制的设备内部的数据传输对于电源的要求不高以及热损耗也较低;另外TTL电平信...

    什么是TTL电平?

    TTL电平信号被利用的最多是因为通常数据表示采用二进制规定,+5V等价于逻辑"1",0V等价于逻辑"0",这被称做TTL(晶体管-晶体管逻辑电平)信号系统,这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。

    TTL电平信号对于计算机处理器控制的设备内部的数据传输是很理想的:首先,计算机处理器控制的设备内部的数据传输对于电源的要求不高以及热损耗也较低;另外TTL电平信号直接与集成电路连接,而不需要价格昂贵的线路驱动器以及接收器电路;再者,计算机处理器控制的设备内部的数据传输是在高速下进行的,而TTL接口的操作恰能满足这个要求。

    TTL型通信大多数情况下,是采用并行数据传输方式,而并行数据传输对于超过10英尺的距离就不适合了。这是由于可靠性和成本两面的原因。因为在并行接口中存在着偏相和不对称的问题,这些问题对可靠性均有影响;另外对于并行数据传输,电缆以及连接器的费用比起串行通信方式来也要高一些。

    TTL电路的电平就叫TTL 电平,CMOS电路的电平就叫CMOS电平。

    TTL集成电路的全名是晶体管-晶体管逻辑集成电路(Transistor-Transistor Logic),主要有54/74系列标准TTL、高速型TTL(H-TTL)、低功耗型TTL(L-TTL)、肖特基型TTL(S-TTL)、低功耗肖特基型TTL(LS-TTL)五个系列。

    标准TTL输入高电平最小2V,输出高电平最小2.4V,典型值3.4V,输入低电平最大0.8V,输出低电平最大0.4V,典型值0.2V。

    S-TTL输入高电平最小2V,输出高电平最小Ⅰ类2.5V,Ⅱ、Ⅲ类2.7V,典型值3.4V,输入低电平最大0.8V,输出低电平最大0.5V。

    LS-TTL输入高电平最小2V,输出高电平最小Ⅰ类2.5V,Ⅱ、Ⅲ类2.7V,典型值3.4V,输入低电平最大Ⅰ类0.7V,Ⅱ、Ⅲ类0.8V,输出低电平最大Ⅰ类0.4V,Ⅱ、Ⅲ类0.5V,典型值0.25V。

    TTL电路的电源VDD供电只允许在+5V±10%范围内,扇出数为10个以下TTL门电路。

    CMOS电平

    COMS集成电路是互补对称金属氧化物半导体(Compiementary symmetry metal oxide semicoductor)集成电路的英文缩写,电路的许多基本逻辑单元都是用增强型PMOS晶体管和增强型NMOS管按照互补对称形式连接的,静态功耗很小。

    COMS电路的供电电压VDD范围比较广在+5--+15V均能正常工作,电压波动允许±10,当输出电压高于VDD-0.5V时为逻辑1,输出电压低于VSS+0.5V(VSS为数字地)为逻辑0,扇出数为10--20个COMS门电路。

    CMOS电平和TTL电平:

    CMOS电平电压范围在3~15V,比如4000系列当5V供电时,输出在4.6以上为高电平,输出在0.05V以下为低电平。输入在3.5V以上为高电平,输入在1.5V以下为低电平。

    而对于TTL芯片,供电范围在0~5V,常见都是5V,如74系列5V供电,输出在2.7V以上为高电平,输出在0.5V以下为低电平,输入在2V以上为高电平,在0.8V以下为低电平。因此,CMOS电路与TTL电路就有一个电平转换的问题,使两者电平域值能匹配。

    TTL电平与CMOS电平的区别:

    (1)TTL高电平3.6~5V,低电平0V~2.4V

    CMOS电平Vcc可达到12V

    CMOS电路输出高电平约为0.9Vcc,而输出低电平约为0.1Vcc。

    CMOS电路不使用的输入端不能悬空,会造成逻辑混乱。

    TTL电路不使用的输入端悬空为高电平

    另外,CMOS集成电路电源电压可以在较大范围内变化,因而对电源的要求不像TTL集成电路那样严格。

    用TTL电平他们就可以兼容

    (2)TTL电平是5V,CMOS电平一般是12V。

    因为TTL电路电源电压是5V,CMOS电路电源电压一般是12V。

    5V的电平不能触发CMOS电路,12V的电平会损坏TTL电路,因此不能互相兼容匹配。

    (3)TTL电平标准

    输出 L:<0.8V ; H:>2.4V。

    输入 L:<1.2V ; H:>2.0V

    TTL器件输出低电平要小于0.8V,高电平要大于2.4V。输入,低于1.2V就认为是0,高于2.0就认为是1。

    (4)CMOS电平标准:

    输出 L:<0.1*Vcc ; H:>0.9*Vcc。

    输入 L:<0.3*Vcc ; H:>0.7*Vcc。

    一般单片机、DSP、FPGA他们之间管教能否直接相连?

    一般情况下,同电压的是可以的,不过最好是要好好查查技术手册上的VIL,VIH,VOL,VOH的值,看是否能够匹配(VOL要小于VIL,VOH要大于VIH,是指一个连接当中的)。有些在一般应用中没有问题,但是参数上就是有点不够匹配,在某些情况下可能就不够稳定,或者不同批次的器件就不能运行。

    例如:74LS的器件的输出,接入74HC的器件。在一般情况下都能好好运行,但是,在参数上却是不匹配的,有些情况下就不能运行。

    74LS和54系列是TTL电路,74HC是CMOS电路。如果它们的序号相同,则逻辑功能一样,但电气性能和动态性能略有不同。如,TTL的逻辑高电平为> 2.7V,CMOS为> 3.6V。如果CMOS电路的前一级为TTL则隐藏着不可靠隐患,反之则没问题。

    1,TTL电平:

    输出高电平>2.4V,输出低电平<0.4V。在室温下,一般输出高电平是3.5V,输出低电平是0.2V。最小输入高电平和低电平:输入高电平>=2.0V,输入低电平<=0.8V,噪声容限是0.4V。

    2,CMOS电平:

    1逻辑电平电压接近于电源电压,0逻辑电平接近于0V。而且具有很宽的噪声容限。

    3,电平转换电路:

    因为TTL和COMS的高低电平的值不一样(ttl 5v<==>cmos 3.3v),所以互相连接时需要电平的转换:就是用两个电阻对电平分压,没有什么高深的东西。

    4,OC门,即集电极开路门电路,OD门,即漏极开路门电路,必须外界上拉电阻和电源才能将开关电平作为高低电平用。否则它一般只作为开关大电压和大电流负载,所以又叫做驱动门电路。

    5,TTL和COMS电路比较:

    1)TTL电路是电流控制器件,而coms电路是电压控制器件。

    2)TTL电路的速度快,传输延迟时间短(5-10ns),但是功耗大。COMS电路的速度慢,传输延迟时间长(25-50ns),但功耗低。COMS电路本身的功耗与输入信号的脉冲频率有关,频率越高,芯片集越热,这是正常现象。

    3)COMS电路的锁定效应:

    COMS电路由于输入太大的电流,内部的电流急剧增大,除非切断电源,电流一直在增大。这种效应就是锁定效应。当产生锁定效应时,COMS的内部电流能达到40mA以上,很容易烧毁芯片。

    防御措施:

    1)在输入端和输出端加钳位电路,使输入和输出不超过不超过规定电压。

    2)芯片的电源输入端加去耦电路,防止VDD端出现瞬间的高压。

    3)在VDD和外电源之间加线流电阻,即使有大的电流也不让它进去。

    4)当系统由几个电源分别供电时,开关要按下列顺序:开启时,先开启COMS电路得电源,再开启输入信号和负载的电源;关闭时,先关闭输入信号和负载的电源,再关闭COMS电路的电源。

    6,COMS电路的使用注意事项

    1)COMS电路时电压控制器件,它的输入总抗很大,对干扰信号的捕捉能力很强。所以,不用的管脚不要悬空,要接上拉电阻或者下拉电阻,给它一个恒定的电平。

    2)输入端接低内组的信号源时,要在输入端和信号源之间要串联限流电阻,使输入的电流限制在1mA之内。

    3)当接长信号传输线时,在COMS电路端接匹配电阻。

    4)当输入端接大电容时,应该在输入端和电容间接保护电阻。电阻值为R=V0/1mA.V0是外界电容上的电压。

    5)COMS的输入电流超过1mA,就有可能烧坏COMS。

    7,TTL门电路中输入端负载特性(输入端带电阻特殊情况的处理):

    1)悬空时相当于输入端接高电平。因为这时可以看作是输入端接一个无穷大的电阻。

    2)在门电路输入端串联10K电阻后再输入低电平,输入端出呈现的是高电平而不是低电平。因为由TTL门电路的输入端负载特性可知,只有在输入端接的串联电阻小于910欧时,它输入来的低电平信号才能被门电路识别出来,串联电阻再大的话输入端就一直呈现高电平。这个一定要注意。COMS门电路就不用考虑这些了。

    8,TTL电路有集电极开路OC门,MOS管也有和集电极对应的漏极开路的OD门,它的输出就叫做开漏输出。

    OC门在截止时有漏电流输出,那就是漏电流,为什么有漏电流呢?那是因为当三机管截止的时候,它的基极电流约等于0,但是并不是真正的为0,经过三极管的集电极的电流也就不是真正的0,而是约0。而这个就是漏电流。开漏输出:OC门的输出就是开漏输出;OD门的输出也是开漏输出。它可以吸收很大的电流,但是不能向外输出的电流。

    所以,为了能输入和输出电流,它使用的时候要跟电源和上拉电阻一齐用。OD门一般作为输出缓冲/驱动器、电平转换器以及满足吸收大负载电流的需要。

    9,什么叫做图腾柱,它与开漏电路有什么区别?

    TTL集成电路中,输出有接上拉三极管的输出叫做图腾柱输出,没有的叫做OC门。因为TTL就是一个三级关,图腾柱也就是两个三级管推挽相连。所以推挽就是图腾。

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    2.串口485

    RS485接口传输电缆的长度:在使用RS485接口时,对于特定的传输线经,从发生器到负载其数据信号传输所允许的最大电缆长度是数据信号速率的函数,这个长度数据主要是受信号失真及噪声等影响所限制。最大电缆长度与信号速率的关系曲线是使用24AWG铜芯双绞电话电缆(线径为0.51mm),线间旁路电容为52.5PF/M,终端负载电阻为100欧时所得出。(引自GB11014-89附录A)。当数据信号速率降低到90Kbit/S以下时,假定最大允许的信号损失为6dBV时,则电缆长度被限制在1200M。实际上,在实用时是完全可以取得比它大的电缆长度。当使用不同线径的电缆。则取得的最大电缆长度是不相同的。例如:当数据信号速率为600Kbit/S时,采用24AWG电缆(线径为0.51mm),最大电缆长度是200m,若采用19AWG电缆(线径为0.91mm)则电缆长度将可以大于200m;若采用28AWG电缆(线径为0.32mm)则电缆长度只能小于200m。RS-485的远距离通信建议采用屏蔽电缆,并且将屏蔽层作为地线。

    3.串口422

    RS-422的电气性能与RS-485完全一样。

    4.USB

    USB接口是电脑主板上的一种四针接口,其中中间两个针传输数据,两边两个针给外设供电。USB接口速度快、连接简单、不需要外接电源,传输速度12Mbps,最新USB2.0可达480Mbps;电缆最大长度5米,USB电缆有4条线,2条信号线,2条电源线,可提供5伏特电源,USB电缆还分屏蔽和非屏蔽两种,屏蔽电缆传输速度可达12Mbps,价格较贵,非屏蔽电缆速度为1.5Mbps,但价格便宜;USB通过串联方式最多可串接127个设备;支持热插拔。



    综上可知,

    RS232最大传输距离为15米;

    RS485、RS422最大传输距离为1200米;

    USB最大传输长度为5米。

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