Преобразование логических уровней

При работе с микроконтроллерами часто приходится обеспечивать интер­фейс устройств, реализованных на микросхемах с различным типом логики. При использовании серийных микросхем с положительной логикой, напри­мер, ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика) или КМОП (логика на ком­плементарных МОП-транзисторах), реализация интерфейса не вызывает про­блем, так как возможно непосредственное соединение этих микросхем. Однако интерфейс устройств, реализованных на микросхемах с отрицательной и положительной логикой, например, ЭСЛ (эмиттерно-связанная логика) и КМОП, может вызвать некоторые трудности.

Хотя имеются специальные микросхемы для выполнения такого интер­фейса, однако обычно они обеспечивают одностороннюю передачу данных, что затрудняет реализацию двунаправленных шин. Кроме того, применение этих микросхем может значительно увеличить стоимость проектируемого ус­тройства.

Наиболее типичный метод преобразования логических уровней состоит в том, чтобы привести в соответствие пороги переключения обоих устройств. Как показано на рис. 2.26, нижний потенциал напряжения питания для КМОП-микроконтроллера сдвигается ниже потенциала «земли» таким обра­зом, чтобы его порог переключения стал соответствовать порогу переключе­ния микросхем ЭСЛ. Резистор с номиналом от 1 кОм до 10 кОм используется для ограничения тока, который протекает из-за разного значения логических уровней используемых микросхем.

При взгляде на эту схему может сложиться впечатление, что цена сдвига уровня питающего напряжения для микроконтроллера намного выше цены нескольких интерфейсных микросхем. На самом деле это не сложно, так как современные КМОП-микроконтроллеры потребляют очень малую мощность. В приведенной схеме необходимый сдвиг уровней может быть обеспечен вклю­чением в цепь питания кремниевых диодов, падение напряжения на которых составляет 0,7 В. Этот простой способ согласования уровней позволяет с ми­нимальными дополнительными затратами подключать КМОП-микроконтроллеры к микросхемам ЭСЛ, обеспечивая возможность двунаправленной передачи данных.

Рис. 2.26 - Согласование логических уровней ЭСЛ и КМОП микросхем.