EPM7128在TMS320LF2407A系统中电平转换的应用
1. epm7128slc84-15简述
epm7128slc84-15是altera公司推出的max7000s 系列的cpld(complex programmable logic device);采用cmos e2prom工艺，传输延迟仅为5ns;内部具有丰富的资源--128个触发器、2500个用户可编程门;而且具有68个用户可编程的io口，为系统定义输入、输出和双向口提供了极大的方便;为了比较适合混合电压系统，通过配置，输入引脚可以兼容3.3v/5v逻辑电平，输出可以配置为3.3v/5v逻辑电平输出。epm7128同时还提供了jtag接口，可进行isp编程，极大地方便了用户。
2. 电源设计
tms320lf2407a的工作电压是3.3v，而系统中许多常用外围器件的主要工作电压通常是5v，因此以tms320lf2407a为核心构成的应用系统必然是一个混合电压系统。系统中不仅要求有3.3v的电源，还要求有5v的电源。设计的目标就是减少所需电源的数目，并减少产生这些电源电压所需器件的数目。为了减少多电源所需的额外器件的数目，不少厂家提供了产生多种电压的芯片。同时，随着技术的不断进步，将会出现更多的低电压器件，从而逐渐消除对多电源的要求和产生这些电源的花费和复杂性。 对于tms320lf2407a应用系统而言，首先要解决的就是3.3v电源问题。解决3.3v电源通常有以下几种方案。
2.1 电阻分压
利用电阻分压的方法，其原理如图1所示。其成本比较低并且结构简单，可以作为一种应急的方案。但是，该电路实际的输出电压显然要小于3.3v，并且随着负载的变化，输出电压也会产生波动。此外，这种电路的无功功耗也比较大。
图1 电阻分压原理图
2.2 直接采用电源模块
考虑到开关电源设计的复杂性，一些公司推出了基于开关电源技术的低电压输出电源模块。这些模块可靠性和效率都很高，电磁辐射小，而且许多模块还可以实现电源隔离。这些电源模块使用方便，只需增加很少的外围元件，但是价格比较昂贵。
2.3 利用线性稳压电源转换芯片
线性稳压芯片是一种最简单的电源转换芯片，基本上不需要外围元件。但是传统的线性稳压器，如lm317，要求输入电压比输出电压高2v或者更大，否则就不能够正常工作。因此对于5v的输入，输出并不能够达到3.3v。面对低压电源的需求，许多电源芯片公司推出了低压差线性稳压器(ldo)。这种电源芯片的压差只有1.3v~0.2v，可以实现5v转3.3v的要求。ldo所需的外围器件数目少、使用方便、成本较低、纹波小、无电磁干扰。例如，ti公司的tps73xx系列就是ti公司为配合dsp而设计的电源转换芯片，其输出电流可以达到500ma，且接口电路非常简单，只需接上必要的外围电阻，就可以实现电源转换。该系列分为固定电压输出的芯片和可调电压输出的芯片，但这种芯片通常效率不是很高。
综合几种电源的优缺点，dsp系统采用ldo芯片tps7333。此芯片是ti公司专门为3.3v低压系统设计的，它是固定输出3.3v，且有上电产生dsp系统复位所需的信号。此外它输出电流可达几百毫安，输出功率完全能够满足系统所需。
3. tms320lf2407a逻辑接口设计
3.1 各种电平的转换标准
在进行dsp系统设计时，除了dsp和cpld本身外，还有很多外围的模块和芯片，比如键盘显示接口芯片(82c79)、d/a、a/d、i2c等。这些可归成两类--输入5v ttl电平和5v cmos电平。因此就存在一个如何将dsp与这些芯片或模块可靠接口的问题。
图2所列为5v cmos、5v ttl和3.3v ttl电平的转换标准。其中，voh表示输出高电平的最低电压，vih表示输入高电平的最低电压，vil表示输入低电平的最高电压，vol表示输出低电平最高电压。从表1中可以看出，5v ttl和3.3v的转换标准是一样的，而5v cmos的转换标准是不同的。因此，在将3.3v系统与5v系统接口时，必须考虑到两者的不同。
图2 5v cmos、5v ttl和3.3v ttl电平的转换标准图
在混合电压系统中，不同电源电压的逻辑器件互相接口时存在以下几个问题。
① 加到输入和输出引脚上允许的最大电压限制问题。器件对加到输入或者输出脚上的电压通常是有限制的，这些引脚由二极管或者分离元件接到vcc。如果接入的信号电压过高，则电流将会通过二极管或者分离元件流向电源。例如在3.3v器件的输入端加上5v的信号，则5v电源会向3.3v电源充电。持续的电流将会损坏二极管和其它电路元件。
② 两个电源间电流的互串问题。在等待或者掉电时，3.3v电源降到0v，大电流将流通到地。这使得总线上的高电压被下拉到地，引起数据丢失和元件损坏。必须注意的是：不管在3.3v的工作状态还是在0v的等待状态，都不允许电流流向vcc。
③ 接口输入转换门限问题。用5v的器件驱动3.3v的器件有很多不同的情况，同样ttl和cmos间的转换电平也存在着不同情况。驱动器必须满足接收器的输入转换电平，并且要有足够的容限以确保不损坏电路元件。
3.2 dsp(tms320lf2407a)与5v电平接口的4种情形
在dsp混合电压系统中，有下面4种不同的情况需考虑：
① dsp(tms320lf2407a)驱动5v ttl器件(直接相连)。由于 3.3v器件的voh和vol电平分别是2.4v和0.4v，5v ttl器件的vih 和vil 电平分别是2v和0.8v;而tms320lf2407a实际上能输出3v摆幅电压，显然5v ttl器件能够正确识别tms320lf2407a的输入电平。
② 5v ttl器件驱动tms320lf2407a(不能直接连接)。tms320lf2407a的典型工作电压是3.3v，其i/o口的电平也是3.3v。在进行外围接口设计时，如果外围器件的工作电压是5v，其输出电压会大于dsp的电源电压，这样就会向3.3v电源灌电流，损坏tms320lf2407a，所以这是绝对不可直接相连的。由于cpld(emp7128)有5v容限，所以可以与5v ttl器件直接连接。而cpld(epm7128)可以配置为3.3v输出，其输出可以被tms320lf2407a所接受，所以tms320lf2407a需经过cpld(epm7128)才能与5v ttl器件相连，接受输入信号。
③ 5v cmos器件驱动tms320lf2407a(需经过epm7128电平转换)。分析同上，5v cmos器件不可以直接驱动tms320lf2407a。通过比较5v cmos的voh 和vol以及3.3v的vih 和vil 的转换电平可以看出，虽然两者存在一定的差别，但是能够承受5v电压的3.3v器件可以正确识别5v器件送来的电平值。所以能够承受5v电压的3.3v 器件的输入端可以直接与5v器件的输出端接口。cpld(epm7128)有5v容限，故能直接与5v器件的输出端接口，而它的输出是3.3v ttl电平，可以被dsp(tms320lf2407a)接受。
④dsp(tms320lf2407a)驱动5v cmos(不能直接相连)。3.3v与5v cmos的电平转换标准是不一样的。从图3中可以看出，3.3v输出的高电压的最低电压值voh = 2.4v(输出的最高电压可以达到3.3v)，而5v cmos器件要求的高电平最低电压vih = 3.5v，因此tms320lf2407a的输出不能直接驱动5v cmos器件。为此必须做些处理。最通用的方法就是，使用电平接口转换芯片实现3.3v与5v电平的相互转换。可以采用双电压(一边是3.3v，另一边是5v)供电的双向驱动器来实现电平转换。如ti的sn74alvc164245、sn74alvc4245等芯片，可以较好地解决3.3v与5v电平的转换问题。也可以通过cpld，利用cpld输出口设置oc(集电极开路)，外接一个电阻上拉到5v，这样就可以驱动5v cmos器件，只是逻辑反向了而已。
3.3 本系统所采用的转换接口
由于emp7128具有混合电压特性，vccint接5v，输入口的逻辑电平范围为ttl，因此它能够兼容3.3v/5v输入。输出口的逻辑电平范围为0v～vccio，vccio可以接3.3v或者5v。本dsp系统就采用emp7128作为逻辑电平转换接口，使输入配置为5v，输出配置为3.3v，对于一些输出驱动5v coms器件的io口，配置输出口为oc门，外接上拉电阻，拉到5v电压，只是编程中要注意输出口的逻辑反向。
4. 结论
经过实际应用证明，应用cpld(emp7128)配置输入引脚兼容3.3v/5v逻辑电平和输出为3.3v/5v逻辑电平，使dsp(tms320lf2407a)系统可以与5v ttl和5v coms电平顺利接口。经过cpld(emp7128)使dsp(tms320lf2407a)的3.3v电压系统与5v器件构成一个混合电压系统，确保了系统的安全性及可靠性，并且由于epm7128的可编程特性使得系统连接具有易改性和保密性。
变频器可靠运行这四大要素不可少
中兴通讯已率先发布了5G端到端切片方案
2021年中国连接器市场现状及发展趋势
4G DTU为什么要具有透传的功能，它有哪些优势
宝安明年8月底前将累计完成建设8000个，实现5G网络全覆盖
EPM7128在TMS320LF2407A系统中电平转换的应用
电机启动有调速器要加电容吗？
新数据时代，云厂商应该选什么一统存储市场
金立m2017 PK 华为mate9 你选哪一款？
声表面波滤波器适用于什么场合
小功率电视发射机的制作,TV transmitters
宗伟实业已与上市公司金信诺集团宣布达成PCB工厂投资协议
模拟前端在无线通信的应用
深度分析IGBT基础知识与运用
一名工程师在谷歌无人车组的职场生涯
哪种充电宝质量好又耐用，双十二最划算的充电宝推荐
北美是最大的LiDAR市场 亚太地区潜力最大成长率达28.2%
京东多款配送机器人参与运营，每天至少提升一千单！
TL494的引脚功能/配置/额定值/操作条件/布局图
关于Linux下做FFT运算的一疑惑
epm7128slc84-15是altera公司推出的max7000s 系列的cpld(complex programmable logic device);采用cmos e2prom工艺，传输延迟仅为5ns;内部具有丰富的资源--128个触发器、2500个用户可编程门;而且具有68个用户可编程的io口，为系统定义输入、输出和双向口提供了极大的方便;为了比较适合混合电压系统，通过配置，输入引脚可以兼容3.3v/5v逻辑电平，输出可以配置为3.3v/5v逻辑电平输出。epm7128同时还提供了jtag接口，可进行isp编程，极大地方便了用户。
2. 电源设计
tms320lf2407a的工作电压是3.3v，而系统中许多常用外围器件的主要工作电压通常是5v，因此以tms320lf2407a为核心构成的应用系统必然是一个混合电压系统。系统中不仅要求有3.3v的电源，还要求有5v的电源。设计的目标就是减少所需电源的数目，并减少产生这些电源电压所需器件的数目。为了减少多电源所需的额外器件的数目，不少厂家提供了产生多种电压的芯片。同时，随着技术的不断进步，将会出现更多的低电压器件，从而逐渐消除对多电源的要求和产生这些电源的花费和复杂性。 对于tms320lf2407a应用系统而言，首先要解决的就是3.3v电源问题。解决3.3v电源通常有以下几种方案。
2.1 电阻分压
利用电阻分压的方法，其原理如图1所示。其成本比较低并且结构简单，可以作为一种应急的方案。但是，该电路实际的输出电压显然要小于3.3v，并且随着负载的变化，输出电压也会产生波动。此外，这种电路的无功功耗也比较大。
图1 电阻分压原理图
2.2 直接采用电源模块
考虑到开关电源设计的复杂性，一些公司推出了基于开关电源技术的低电压输出电源模块。这些模块可靠性和效率都很高，电磁辐射小，而且许多模块还可以实现电源隔离。这些电源模块使用方便，只需增加很少的外围元件，但是价格比较昂贵。
2.3 利用线性稳压电源转换芯片
线性稳压芯片是一种最简单的电源转换芯片，基本上不需要外围元件。但是传统的线性稳压器，如lm317，要求输入电压比输出电压高2v或者更大，否则就不能够正常工作。因此对于5v的输入，输出并不能够达到3.3v。面对低压电源的需求，许多电源芯片公司推出了低压差线性稳压器(ldo)。这种电源芯片的压差只有1.3v~0.2v，可以实现5v转3.3v的要求。ldo所需的外围器件数目少、使用方便、成本较低、纹波小、无电磁干扰。例如，ti公司的tps73xx系列就是ti公司为配合dsp而设计的电源转换芯片，其输出电流可以达到500ma，且接口电路非常简单，只需接上必要的外围电阻，就可以实现电源转换。该系列分为固定电压输出的芯片和可调电压输出的芯片，但这种芯片通常效率不是很高。
综合几种电源的优缺点，dsp系统采用ldo芯片tps7333。此芯片是ti公司专门为3.3v低压系统设计的，它是固定输出3.3v，且有上电产生dsp系统复位所需的信号。此外它输出电流可达几百毫安，输出功率完全能够满足系统所需。
3. tms320lf2407a逻辑接口设计
3.1 各种电平的转换标准
在进行dsp系统设计时，除了dsp和cpld本身外，还有很多外围的模块和芯片，比如键盘显示接口芯片(82c79)、d/a、a/d、i2c等。这些可归成两类--输入5v ttl电平和5v cmos电平。因此就存在一个如何将dsp与这些芯片或模块可靠接口的问题。
图2所列为5v cmos、5v ttl和3.3v ttl电平的转换标准。其中，voh表示输出高电平的最低电压，vih表示输入高电平的最低电压，vil表示输入低电平的最高电压，vol表示输出低电平最高电压。从表1中可以看出，5v ttl和3.3v的转换标准是一样的，而5v cmos的转换标准是不同的。因此，在将3.3v系统与5v系统接口时，必须考虑到两者的不同。
图2 5v cmos、5v ttl和3.3v ttl电平的转换标准图
在混合电压系统中，不同电源电压的逻辑器件互相接口时存在以下几个问题。
① 加到输入和输出引脚上允许的最大电压限制问题。器件对加到输入或者输出脚上的电压通常是有限制的，这些引脚由二极管或者分离元件接到vcc。如果接入的信号电压过高，则电流将会通过二极管或者分离元件流向电源。例如在3.3v器件的输入端加上5v的信号，则5v电源会向3.3v电源充电。持续的电流将会损坏二极管和其它电路元件。
② 两个电源间电流的互串问题。在等待或者掉电时，3.3v电源降到0v，大电流将流通到地。这使得总线上的高电压被下拉到地，引起数据丢失和元件损坏。必须注意的是：不管在3.3v的工作状态还是在0v的等待状态，都不允许电流流向vcc。
③ 接口输入转换门限问题。用5v的器件驱动3.3v的器件有很多不同的情况，同样ttl和cmos间的转换电平也存在着不同情况。驱动器必须满足接收器的输入转换电平，并且要有足够的容限以确保不损坏电路元件。
3.2 dsp(tms320lf2407a)与5v电平接口的4种情形
在dsp混合电压系统中，有下面4种不同的情况需考虑：
① dsp(tms320lf2407a)驱动5v ttl器件(直接相连)。由于 3.3v器件的voh和vol电平分别是2.4v和0.4v，5v ttl器件的vih 和vil 电平分别是2v和0.8v;而tms320lf2407a实际上能输出3v摆幅电压，显然5v ttl器件能够正确识别tms320lf2407a的输入电平。
② 5v ttl器件驱动tms320lf2407a(不能直接连接)。tms320lf2407a的典型工作电压是3.3v，其i/o口的电平也是3.3v。在进行外围接口设计时，如果外围器件的工作电压是5v，其输出电压会大于dsp的电源电压，这样就会向3.3v电源灌电流，损坏tms320lf2407a，所以这是绝对不可直接相连的。由于cpld(emp7128)有5v容限，所以可以与5v ttl器件直接连接。而cpld(epm7128)可以配置为3.3v输出，其输出可以被tms320lf2407a所接受，所以tms320lf2407a需经过cpld(epm7128)才能与5v ttl器件相连，接受输入信号。
③ 5v cmos器件驱动tms320lf2407a(需经过epm7128电平转换)。分析同上，5v cmos器件不可以直接驱动tms320lf2407a。通过比较5v cmos的voh 和vol以及3.3v的vih 和vil 的转换电平可以看出，虽然两者存在一定的差别，但是能够承受5v电压的3.3v器件可以正确识别5v器件送来的电平值。所以能够承受5v电压的3.3v 器件的输入端可以直接与5v器件的输出端接口。cpld(epm7128)有5v容限，故能直接与5v器件的输出端接口，而它的输出是3.3v ttl电平，可以被dsp(tms320lf2407a)接受。
④dsp(tms320lf2407a)驱动5v cmos(不能直接相连)。3.3v与5v cmos的电平转换标准是不一样的。从图3中可以看出，3.3v输出的高电压的最低电压值voh = 2.4v(输出的最高电压可以达到3.3v)，而5v cmos器件要求的高电平最低电压vih = 3.5v，因此tms320lf2407a的输出不能直接驱动5v cmos器件。为此必须做些处理。最通用的方法就是，使用电平接口转换芯片实现3.3v与5v电平的相互转换。可以采用双电压(一边是3.3v，另一边是5v)供电的双向驱动器来实现电平转换。如ti的sn74alvc164245、sn74alvc4245等芯片，可以较好地解决3.3v与5v电平的转换问题。也可以通过cpld，利用cpld输出口设置oc(集电极开路)，外接一个电阻上拉到5v，这样就可以驱动5v cmos器件，只是逻辑反向了而已。
3.3 本系统所采用的转换接口
由于emp7128具有混合电压特性，vccint接5v，输入口的逻辑电平范围为ttl，因此它能够兼容3.3v/5v输入。输出口的逻辑电平范围为0v～vccio，vccio可以接3.3v或者5v。本dsp系统就采用emp7128作为逻辑电平转换接口，使输入配置为5v，输出配置为3.3v，对于一些输出驱动5v coms器件的io口，配置输出口为oc门，外接上拉电阻，拉到5v电压，只是编程中要注意输出口的逻辑反向。
4. 结论
经过实际应用证明，应用cpld(emp7128)配置输入引脚兼容3.3v/5v逻辑电平和输出为3.3v/5v逻辑电平，使dsp(tms320lf2407a)系统可以与5v ttl和5v coms电平顺利接口。经过cpld(emp7128)使dsp(tms320lf2407a)的3.3v电压系统与5v器件构成一个混合电压系统，确保了系统的安全性及可靠性，并且由于epm7128的可编程特性使得系统连接具有易改性和保密性。
变频器可靠运行这四大要素不可少
中兴通讯已率先发布了5G端到端切片方案
2021年中国连接器市场现状及发展趋势
4G DTU为什么要具有透传的功能，它有哪些优势
宝安明年8月底前将累计完成建设8000个，实现5G网络全覆盖
EPM7128在TMS320LF2407A系统中电平转换的应用
电机启动有调速器要加电容吗？
新数据时代，云厂商应该选什么一统存储市场
金立m2017 PK 华为mate9 你选哪一款？
声表面波滤波器适用于什么场合
小功率电视发射机的制作,TV transmitters
宗伟实业已与上市公司金信诺集团宣布达成PCB工厂投资协议
模拟前端在无线通信的应用
深度分析IGBT基础知识与运用
一名工程师在谷歌无人车组的职场生涯
哪种充电宝质量好又耐用，双十二最划算的充电宝推荐
北美是最大的LiDAR市场 亚太地区潜力最大成长率达28.2%
京东多款配送机器人参与运营，每天至少提升一千单！
TL494的引脚功能/配置/额定值/操作条件/布局图
关于Linux下做FFT运算的一疑惑