Schneller bidirektionaler 3,3- bis 5-V-Pegelumsetzer

Für ein Hobbyprojekt von mir denke ich darüber nach, einige alte 5-V-SRAM-Chips wie diesen an ein 3,3-V-fähiges FPGA anzuschließen. Die Zielfrequenz beträgt 50 MHz. Nach einigen Simulatorexperimenten fand ich heraus, dass ein einfacher Spannungsteiler funktionieren könnte:

schematisch

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Dies ergibt ein schönes Signal von Spitze zu Spitze von 0,2 bis 3,0 V auf der 3,3-V-Seite, wenn es von der 5-V-Seite angesteuert wird. In der entgegengesetzten Richtung beträgt das Ausgangssignal jedoch nur 0,4 bis 2,6 V von Spitze zu Spitze, was innerhalb der Spezifikation für einen W24512AK liegt ( $V_{0H}=0.8V$ und $V_{1L}=2.2V$ ) aber der Spielraum ist nicht groß. Ich frage mich, ob das in der Praxis überhaupt funktionieren wird.

Ich möchte den Spielraum mit einem aktiven Pegelwandler verbessern, aber soweit ich sehen kann, haben alle einfachen Schaltpläne (z. B. die hier aufgeführten ) einen schrecklichen Frequenzgang. Die einzige praktikable Lösung, die ich sehe, ist der Kauf eines TXB0108, der bei 3,3 V 100 Mbit / s erreichen kann.

Gibt es einen Pegelwandler-Schaltplan, den ich übersehen habe? Als solches muss es seit dem nicht wirklich bidirektional sein $\overline{WR}$ Das Signal ist zugänglich und kann zum Aktivieren / Deaktivieren von Schaltern in jede Richtung verwendet werden.

cmos high-frequency logic-level

— Dmitry Grigoryev
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Wie wäre es mit einem 74LVC245 Octal Bus Transceiver mit 3,3 V dazwischen. Die Eingänge sind 5V-konform.

— Tut

@Tut: aber was ist mit 3,3V -> 5V Richtung?

— Curd

@Curd ... Dmitry muss überprüfen, ob er mit der Marge zufrieden ist, aber es sieht so aus, als ob die VOH-Spezifikationen hoch genug sind, um die oben genannten VIL = 2,2 V zu überschreiten. Ich weiß nicht, wie hoch die Eingangsstromanforderungen des SRAM sind.

— Tut

+1 für den Vorschlag von @Tut eines LVC245 über zwei HCT244 und acht Widerstände, es hat auch eine höhere Stromtreiberfähigkeit

— Finbarr

Ich hatte Ihrem 50-MHz-Ziel nicht wirklich Aufmerksamkeit geschenkt. Wenn Geschwindigkeit ein Problem ist, muss ich dem Vorschlag von Anonymous zustimmen, 3V3 SRAM zu erhalten und die Level-Übersetzung zu überspringen.

— Tut

Antworten:

Ich bin etwas skeptisch gegenüber Ihrer Architektur. Ich benutzte ALVC256 Chip für die 3V3-5V Conversions und auch mit dieser Möchtegern-richtige Architektur dort sind einige Probleme, die bei bestimmten Umständen kann Fehlfunktionen des Geräts machen.

Folgendes berücksichtigen:

50 MHz ist ein 20-ns-Zyklus, der zu verwendende SRAM ist ein 15-ns-Lese- / Schreibzyklus. Sie haben nur 5 ns Spiel, um sicherzustellen, dass die Busse (Adresse und Daten) stabil sind, und wählen die richtige Speicherzelle für den Zugriff aus.
Eine nicht übereinstimmende Impedanz führt zu Spitzen und Fehlalarmen auf der SRAM-Seite, wodurch Ihr 5-ns-Durchhang zunichte gemacht wird und möglicherweise auf falsche Daten zugegriffen wird (Lesen / Schreiben). Dies erfordert möglicherweise eine sehr feine Abstimmung, um unter allen Bedingungen (z. B. Temperatur, Zustand der Stromquelle) ordnungsgemäß zu funktionieren .

Wenn Sie ein gut funktionierendes Gerät wollen, dann

Holen Sie sich 3V3 SRAM und schließen Sie es ohne Konverter mit Vorwiderständen an das FPGA an (die Sie ändern können, um die Impedanz abzustimmen).
ODER Relaxieren Sie die Frequenzbedingungen auf beispielsweise 20 MHz (50 ns Zyklus).

— Anonym
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Gibt es eine Chance, dass mein passiver Pegelumsetzer beispielsweise bei 20 MHz arbeitet?

— Dmitry Grigoryev

Ich würde eine andere Frage stellen - wie wird die Zuverlässigkeit der Lösung sein? Ich denke, Sie können es zum Laufen bringen, vorausgesetzt, Sie haben bereits eine simulierte Schaltung. Sie werden den Umfang verwenden, um Wellenformen zu testen und Widerstands- und Kondensatorwerte abzustimmen, um sicherzustellen, dass Steigungen akzeptabel sind und minimale Verzerrungen bei quadratischen Formen auftreten und Sie keine höhere Ordnung erzeugen Probleme (wie die Verbindung von 3V3- und 5V-Lieferanten, die einen übermäßigen Strom innerhalb der Chips erzeugen).

— Anonym

Ich habe tatsächlich einfache Widerstandsteiler (ohne Kappen) hergestellt, und Ihre Schätzung von 20 MHz hat sich als ziemlich genau herausgestellt. Danke noch einmal.

— Dmitry Grigoryev

3,3 V → 5 V:
Ein 74HC T 244 mit 5 V (s. Datenblatt: min. Hohe Eingangsspannung) sollte funktionieren.
5 V → 3,3 V:
Ein 74HCT244 mit 3,3 V und Reiheneingangswiderständen zur Begrenzung des Eingangsstroms über Schutzdioden.

Bei dieser Lösung muss jeder Puffer für jede Richtung aktiviert sein (wie Sie in Ihrem letzten Satz angesprochen haben).

— Quark
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Vielen Dank! Gibt es einen Grund, dies einem einzelnen TXB0108-Chip vorzuziehen?

— Dmitry Grigoryev

Verfügbarkeit! (Ich habe noch nie von einem TXB0108 gehört)

— Curd

Meinetwegen! Ich kann beides bekommen, aber 74HCT244 scheint wesentlich billiger zu sein, auch wenn ich zwei brauche.

— Dmitry Grigoryev

Übrigens, gibt es einen Grund, warum Sie Tim ersten Fall mutig sind ?

— Dmitry Grigoryev

Ja natürlich. Es gibt eine 74HC-Logikfamilie und eine 74HCT-Logikfamilie. Beide sind "Hochgeschwindigkeits" -CMOS-Familien, haben jedoch unterschiedliche Schwellenwerte (der HC T ist mit der LS- Familie ("Low Power Schottky") kompatibel, dh die minimale H-Eingangsspannung ist niedriger). Siehe Familiendatenblatt ti.com/lit/sg/sdyu001aa/sdyu001aa.pdf Seite 4;

V_{I H}

$V_{IH}$ für HCT ist 2V gegenüber 3,5 für HC.

— Curd