快速双向 3.3 至 5V 电平转换器

电器工程 CMOS 高频 逻辑级
2022-01-17 13:52:30

对于我的一个爱好项目,我正在考虑将一些像这样的旧 5V SRAM 芯片连接到支持 3.3V 的 FPGA。目标频率为 50MHz。经过一些模拟器实验后,我发现一个简单的分压器可以工作:

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

当由 5V 侧驱动时,这在 3.3V 侧提供了一个很好的 0.2..3.0V 峰峰值信号。然而,在相反的方向上,输出信号仅为 0.4..2.6V 峰峰值,这在 W24512AK (V0H=0.8VV1L=2.2V)的规格范围内,但有余量不是很好。我想知道这在实践中是否会起作用。

所以我想通过使用有源电平转换器来提高裕度,但据我所知,所有简单的原理图(例如此处列出的原理图)都有可怕的频率响应。我看到的唯一可行的解​​决方案是购买一些在 3.3V 时可以达到 100Mbps 的TXB0108 。

有没有我忽略的电平转换器原理图?因此,它不必是真正的双向,因为WR¯信号是可访问的,并且可用于启用/禁用每个方向的移位器。

2个回答

我对你的架构有点怀疑。我使用 ALVC256 芯片进行 3V3-5V 转换,即使采用这种可能正确的架构,也存在一些问题,在某些情况下,可能会导致设备故障。

考虑以下:

  • 50 MHz 是 20 ns 周期,您要使用的 SRAM 是 15 ns 读/写周期。您只有 5 ns 的 slack 时间来确保总线(地址和数据)稳定并选择合适的存储单元进行访问;
  • 阻抗不匹配会导致 SRAM 侧出现尖峰和误报,从而扼杀 5 ns 的松弛并可能访问(读取/写入)错误数据。这可能需要非常精细的调整才能在所有条件(例如温度、电源条件)下正常工作。

如果您想要运行良好的设备,那么

  • 获取 3V3 SRAM,并将其连接到 FPGA,无需任何转换器,使用串联电阻(您可以更改以调整阻抗);
  • 或者将频率条件放宽到 20 MHz(50 ns 周期)。
  • 3.3V → 5V:由 5V 供电
    的 74HC T 244(数据表:最低高电平输入电压)应该可以工作。
  • 5V → 3.3V:
    由3.3V供电的74HCT244和串联输入电阻通过保护二极管限制输入电流。

该解决方案需要为每个方向启用每个缓冲区(正如您在上一句中提到的那样)。