深圳市可易亚半导体科技有限公司

国家高新企业

cn en

新闻中心

5V转3.3V稳压芯片原理图-5V转3.3V电源(五种技术方案)KIA MOS管

信息来源:本站 日期:2018-06-19 

分享到:

5V转3.3V稳压芯片直接连接

通常 5V 输出的 VOH 为 4.7 伏, VOL 为 0.4 伏;而通常 3.3V LVCMOS 输入的 VIH 为 0.7 x VDD, VIL为 0.2 x VDD。

当 5V 输出驱动为低时,不会有问题,因为 0.4 伏的输出小于 0.8 伏的输入阈值。当 5V 输出为高时, 4.7 伏的 VOH 大于 2.1 伏 VIH,所以,我们可以直接把两个引脚相连,不会有冲突,前提是3.3V CMOS 输出能够耐受 5 伏电压。

5V转3.3V稳压芯片

如果 3.3V CMOS 输入不能耐受 5 伏电压,则将出现问题,因为超出了输入的最大电压规范。


5V转3.3V稳压芯片使用二极管钳位

很多厂商都使用钳位二极管来保护器件的 I/O 引脚,防止引脚上的电压超过最大允许电压规范。钳位二极管使引脚上的电压不会低于 Vss 超过一个二极管压降,也不会高于 VDD 超过一个二极管压降。要使用钳位二极管来保护输入,仍然要关注流经钳位二极管的电流。流经钳位二极管的电流应该始终比较小 (在微安数量级上)。如果流经钳位二极管的电流过大,就存在部件闭锁的危险。由于5V 输出的源电阻通常在 10Ω 左右,因此仍需串联一个电阻,限制流经钳位二极管的电流,如图所示。使用串联电阻的后果是降低了输入开关的速度,因为引脚 (CL)上构成了 RC 时间常数。

5V转3.3V稳压芯片

如果没有钳位二极管,可以在电流中添加一个外部二极管,如图所示。

5V转3.3V稳压芯片

5V转3.3V稳压芯片有源钳位

使用二极管钳位有一个问题,即它将向 3.3V 电源注入电流。在具有高电流 5V 输出且轻载 3.3V 电源轨的设计中,这种电流注入可能会使 3.3V 电源电压超过 3.3V。为了避免这个问题,可以用一个三极管来替代,三极管使过量的输出驱动电流流向地,而不是 3.3V 电源。设计的电路如图所示。

5V转3.3V稳压芯片

Q1的基极-发射极结所起的作用与二极管钳位电路中的二极管相同。区别在于,发射极电流只有百分之几流出基极进入 3.3V 轨,绝大部分电流都流向集电极,再从集电极无害地流入地。基极电流与集电极电流之比,由晶体管的电流增益决定,通常为10-400,取决于所使用的晶体管。


5V转3.3V稳压芯片电阻分压器

可以使用简单的电阻分压器将 5V 器件的输出降低到适用于 3.3V 器件输入的电平。这种接口的等效电路如图所示。

5V转3.3V稳压芯片

通常,源电阻 RS 非常小 (小于 10Ω),如果选择的 R1 远大于 RS 的话,那么可以忽略 RS 对 R1 的影响。在接收端,负载电阻 RL 非常大 (大于500 kΩ),如果选择的R2远小于RL的话,那么可以忽略 RL 对 R2 的影响。

在功耗和瞬态时间之间存在取舍权衡。为了使接口电流的功耗需求最小,串联电阻 R1 和 R2 应尽可能大。但是,负载电容 (由杂散电容 CS 和 3.3V 器件的输入电容 CL 合成)可能会对输入信号的上升和下降时间产生不利影响。如果 R1 和 R2 过大,上升和下降时间可能会过长而无法接受。

如果忽略 RS 和 RL 的影响,则确定 R1 和 R2 的式子由下面的公式如图给出。

5V转3.3V稳压芯片

公式给出了确定上升和下降时间的公式。为便于电路分析,使用戴维宁等效计算来确定外加电压 VA 和串联电阻 R。戴维宁等效计算定义为开路电压除以短路电流。根据公式 12-2 所施加的限制,对于图所示电路,确定的戴维宁等效电阻 R 应为 0.66*R1,戴维宁等效电压 VA 应为0.66*VS。

5V转3.3V稳压芯片

例如,假设有下列条件存在:

杂散电容 = 30 pF

负载电容 = 5 pF

从 0.3V 至 3V 的最大上升时间 ≤ 1 μs

外加源电压 Vs = 5V

确定最大电阻的计算如公式所示。

5V转3.3V稳压芯片


5V转3.3V稳压芯片有源模拟衰减器

此技巧使用运算放大器衰减从 5V 至 3.3V 系统的信号幅值。

要将 5V 模拟信号转换为 3.3V 模拟信号,最简单的方法是使用 R1:R2 比值为 1.7:3.3 的电阻分压器。然而,这种方法存在一些问题。

1)衰减器可能会接至容性负载,构成不期望得到的低通滤波器。

2)衰减器电路可能需要从高阻抗源驱动低阻抗负载。

无论是哪种情形,都需要运算放大器用以缓冲信号。

所需的运放电路是单位增益跟随器 (见图)。

5V转3.3V稳压芯片

电路输出电压与加在输入的电压相同。

为了把 5V 信号转换为较低的 3V 信号,我们只要加上电阻衰减器即可。

5V转3.3V稳压芯片

如果电阻分压器位于单位增益跟随器之前,那么将为 3.3V 电路提供最低的阻抗。此外,运放可以从3.3V 供电,这将节省一些功耗。如果选择的 X 非常大的话, 5V 侧的功耗可以最大限度地减小。

如果衰减器位于单位增益跟随器之后,那么对 5V源而言就有最高的阻抗。运放必须从 5V 供电,3V 侧的阻抗将取决于 R1||R2 的值。


5V转3.3V稳压芯片模拟限幅器

在将 5V 信号传送给 3.3V 系统时,有时可以将衰减用作增益。如果期望的信号小于 5V,那么把信号直接送入 3.3V ADC 将产生较大的转换值。当信号接近 5V 时就会出现危险。所以,需要控制电压越限的方法,同时不影响正常范围中的电压。这里将讨论三种实现方法。

1. 使用二极管,钳位过电压至 3.3V 供电系统。

2. 使用齐纳二极管,把电压钳位至任何期望的电压限。

3. 使用带二极管的运算放大器,进行精确钳位。

进行过电压钳位的最简单的方法,与将 5V 数字信号连接至 3.3V 数字信号的简单方法完全相同。使用电阻和二极管,使过量电流流入 3.3V 电源。选用的电阻值必须能够保护二极管和 3.3V 电源,同时还不会对模拟性能造成负面影响。如果 3.3V 电源的阻抗太低,那么这种类型的钳位可能致使3.3V 电源电压上升。即使 3.3V 电源有很好的低阻抗,当二极管导通时,以及在频率足够高的情况下,当二极管没有导通时 (由于有跨越二极管的寄生电容),此类钳位都将使输入信号向 3.3V 电源施加噪声。

5V转3.3V稳压芯片

为了防止输入信号对电源造成影响,或者为了使输入应对较大的瞬态电流时更为从容,对前述方法稍加变化,改用齐纳二极管。齐纳二极管的速度通常要比第一个电路中所使用的快速信号二极管慢。不过,齐纳钳位一般来说更为结实,钳位时不依赖于电源的特性参数。钳位的大小取决于流经二极管的电流。这由 R1 的值决定。如果 VIN 源的输出阻抗足够大的话,也可不需要 R1。

5V转3.3V稳压芯片

如果需要不依赖于电源的更为精确的过电压钳位,可以使用运放来得到精密二极管。电路图所示。运放补偿了二极管的正向压降,使得电压正好被钳位在运放的同相输入端电源电压上。如果运放是轨到轨的话,可以用 3.3V 供电。

5V转3.3V稳压芯片

由于钳位是通过运放来进行的,不会影响到电源。

运放不能改善低电压电路中出现的阻抗,阻抗仍为R1 加上源电路阻抗。

联系方式:邹先生

联系电话:0755-83888366-8022

手机:18123972950

QQ:2880195519

联系地址:深圳市福田区车公庙天安数码城天吉大厦CD座5C1


请搜微信公众号:“KIA半导体”或扫一扫下图“关注”官方微信公众号

请“关注”官方微信公众号:提供  MOS管  技术帮助