接口电路
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2023年3月19日发(作者：八十八佛名号)电路设计的7个接⼝类型你知道⼏个
我们知道，在电路系统的各个⼦模块进⾏数据交换时可能会存在⼀些问题导致信号⽆法正常、⾼质量地“流通”，例如有时电路⼦模块各⾃的
⼯作时序有偏差(如CPU与外设)或者各⾃的信号类型不⼀致(如传感器检测光信号)等，这时我们应该考虑通过相应的接⼝⽅式来很好地处理这个问
题。
下⾯就电路设计中7个常⽤的接⼝类型的关键点进⾏说明⼀下：
(1)TTL电平接⼝：
这个接⼝类型基本是⽼⽣常谈的吧，从上⼤学学习模拟电路、数字电路开始，对于⼀般的电路设计，TTL电平接⼝基本就脱不了“⼲系”!它
的速度⼀般限制在30MHz以内，这是由于BJT的输⼊端存在⼏个pF的输⼊电容的缘故(构成⼀个LPF)，输⼊信号超过⼀定频率的话，信号就
将“丢失”。它的驱动能⼒⼀般最⼤为⼏⼗个毫安。正常⼯作的信号电压⼀般较⾼，要是把它和信号电压较低的ECL电路接近时会产⽣⽐较明显的
串扰问题。
(2)CMOS电平接⼝：
我们对它也不陌⽣，也是经常和它打交道了，⼀些关于CMOS的半导体特性在这⾥就不必啰嗦了。许多⼈都知道的是，正常情况下CMOS的
功耗和抗⼲扰能⼒远优于TTL。但是!鲜为⼈知的是，在⾼转换频率时，CMOS系列实际上却⽐TTL消耗更多的功率，⾄于为什么是这样，请去问
半导体物理理论吧。
由于CMOS的⼯作电压⽬前已经可以很⼩了，有的FPGA内核⼯作电压甚⾄接近1.5V，这样就使得电平之间的噪声容限⽐TTL⼩了很多，因此
更加加重了由于电压波动⽽引发的信号判断错误。众所周知，CMOS电路的输⼊阻抗是很⾼的，因此，它的耦合电容容量可以很⼩，⽽不需要使
⽤⼤的电解电容器了。
由于CMOS电路通常驱动能⼒较弱，所以必须先进⾏TTL转换后再驱动ECL电路。此外，设计CMOS接⼝电路时，要注意避免容性负载过
重，否则的话会使得上升时间变慢，⽽且驱动器件的功耗也将增加(因为容性负载并不耗费功率)。
(3)ECL电平接⼝：
这可是计算机系统内部的⽼朋友啊!因为它的速度“跑”得够快，甚⾄可以跑到⼏百MHz!这是由于ECL内部的BJT在导通时并没有处于饱和状
态，这样就可以减少BJT的导通和截⽌时间，⼯作速度⾃然也就可以提上去了。
But，这是要付出代价的!它的致命伤：功耗较⼤!它引发的EMI问题也就值得考虑了，抗⼲扰能⼒也就好不到哪去了，要是谁能够折中好这两
点因素的话，那么他(她)就该发⼤财了。还有要注意的是，⼀般ECL集成电路是需要负电源供电的，也就是说它的输出电压为负值，这时就需要专
门的电平移动电路了。
(4)RS-232电平接⼝：
玩电⼦技术的基本没有谁不知道它的了(除⾮他或她只是电⼦技术专业的“门外汉”)。它是低速串⾏通信接⼝标准，要注意的是，它的电平标
准有点“反常”：⾼电平为-12V，⽽低电平为+12V。So，当我们试图通过计算机与外设进⾏通信时，⼀个电平转换芯⽚MAX232⾃然是少不了
的了。但是我们得清醒地意识到它的⼀些缺点，例如数据传输速度还是⽐较慢、传输距离也较短等。
(5)差分平衡电平接⼝：
它是⽤⼀对接线端A和B的相对输出电压(uA-uB)来表⽰信号的，⼀般情况下，这个差分信号会在信号传输时经过⼀个复杂的噪声环境，导致
两根线上都产⽣基本上相同数量的噪声，⽽在接收端将会把噪声的能量给抵消掉，因此它能够实现较远距离、较⾼速率的传输。⼯业上常⽤的RS-
485接⼝采⽤的就是差分传输⽅式，它具有很好的抗共模⼲扰能⼒。
(6)光隔离接⼝：
光电耦合是以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递的，它的“好处”就是能够实现电⽓隔离，因此它有出⾊的抗⼲扰能⼒。在电路⼯作频
率很⾼的条件下，基本只有⾼速的光电隔离接⼝电路才能满⾜数据传输的需要。
有时为了实现⾼电压和⼤电流的控制，我们必须设计和使⽤光隔离接⼝电路来连接如上所述的这些低电平、⼩电流的TTL或CMOS电路，因为
光隔离接⼝的输⼊回路和输出回路之间可以承受⼏千伏特的⾼压，⾜以满⾜⼀般的应⽤了。
此外，光隔离接⼝的输⼊部分和输出部分必须分别采⽤独⽴的电源，否则的话还是有电⽓联系，也就不叫隔离了。
(7)线圈耦合接⼝：
它的电⽓隔离特性好，但是允许的信号带宽有限。例如变压器耦合，它的功率传输效率是⾮常⾼的，输出功率基本接近其输⼊功率，因此，对
于⼀个升压变压器来说，它可以有较⾼的输出电压，但是却只能给出较低的电流。
此外，变压器的⾼频和低频特性并不让⼈乐观，但是它的最⼤特点就是可以实现阻抗变换，当匹配得当时，负载可以获得⾜够⼤的功率，因
此，变压器耦合接⼝在功率放⼤电路设计中很“吃⾹”。
最后还是为⼤家搞⼀些电路⽅⾯的资料供学习参考
(零基础电⼦产品设计)
⽼司机倾囊相授-PCB⼤⽜修炼秘籍