线圈耦合接口具有良好的电气隔离特性,但允许的信号带宽有限。例如变压器耦合,其功率传输效率非常高,输出功率基本接近输入功率。对于升压变压器而言,虽然能提供较高的输出电压,但只能给出较低的电流。虽然变压器的高频和低频特性并不理想,但其最大特点是能实现阻抗变换,匹配得当可使负载获得足够大的功率,因此在功率放大电路设计中非常受欢迎。
常见的硬件接口有哪些?
硬件接口主要包含IDE、SCSI和光纤通道等几种常见类型。IDE即电子集成驱动器,是将硬盘控制器与盘体集成在一起的驱动器,曾是普通PC的标准接口。SCSI全称小型计算机系统接口,是一种高速数据传输技术,广泛应用于小型机,并非专为硬盘设计。光纤通道最初是为网络系统设计的,后来因存储系统对速度的需求才应用到硬盘系统中。
差分平衡电平接口利用一对接线端A和B的相对输出电压(uA-uB)来表示信号。在传输过程中,即使经过复杂的噪声环境,两根线上产生的噪声基本相同,接收端会将噪声能量抵消,从而实现较远距离和较高速率的传输。工业上常用的RS-485接口采用的就是这种差分传输方式,具有极好的抗共模干扰能力。
ECL电平接口是计算机系统内部的老朋友,以其极快的速度著称,甚至可达几百MHz。这是因为ECL内部的BJT在导通时不处于饱和状态,从而减少了导通和截止时间,提升了工作速度。然而,这种高速是以较大的功耗为代价的,引发的EMI问题也不容忽视,抗干扰能力相对较弱。此外,一般ECL集成电路需要负电源供电,输出电压为负值,因此需要专门的电平移动电路来处理。
TTL电平接口是电路设计中非常基础且常见的类型,从学习模拟电路和数字电路开始就会接触到。由于BJT输入端存在几个pF的输入电容,构成了低通滤波器,导致其速度一般限制在30MHz以内,超过此频率信号容易丢失。此外,其驱动能力最大仅为几十个毫安,且正常工作的信号电压较高,若与低电压的ECL电路接近,容易产生明显的串扰问题。
光隔离接口以光信号为媒介实现电信号的耦合和传递,其最大好处是实现电气隔离,因此具备出色的抗干扰能力。在电路工作频率很高的情况下,通常只有高速的光电隔离接口电路才能满足数据传输需求。当需要控制高电压和大电流时,光隔离接口可用于连接低电平、小电流的TTL或CMOS电路,因为其输入输出回路间可承受几千伏特高压。需要注意的是,光隔离接口的输入和输出部分必须分别采用独立电源,否则无法实现真正的电气隔离。
RS-232电平接口是低速串行通信的标准接口,几乎无人不知。其电平标准较为特殊,高电平为-12V,低电平为+12V,这种反常的标准使得在计算机与外设通信时,必须使用MAX232等电平转换芯片。尽管应用广泛,但它也存在数据传输速度较慢、传输距离较短等缺点,在使用时需要有清醒的认识。
CMOS电平接口在功耗和抗干扰能力方面远优于TTL,这是大家熟知的优点。但在高转换频率下,CMOS系列实际上比TTL消耗更多的功率,这涉及半导体物理理论。目前CMOS工作电压已很小,部分FPGA内核电压接近1.5V,导致噪声容限比TTL小,易因电压波动引发信号判断错误。由于CMOS输入阻抗高,耦合电容容量可很小,无需大电解电容,但其驱动能力较弱,驱动ECL电路前需进行TTL转换,且要避免容性负载过重以免增加功耗和变慢上升时间。