電壓容限原理及相關(guān)介紹

電壓容限是邏輯驅(qū)動器的保證輸出與邏輯接收器在最壞的情況下的靈敏度之間的差值。工作基于接收電壓的邏輯系列產(chǎn)品都有電壓容限，如同光學(xué)邏輯器件有光子容限，或者機(jī)械設(shè)備在BABBAGE引擎中有機(jī)械聯(lián)運(yùn)容限一樣。

圖2.15舉例說明了MOTOROLA 10KH射極耦合邏輯門電路在25℃環(huán)境溫度條件下的電壓容限，這此邏輯門電路都是對輸入電壓敏感，保證0和1轉(zhuǎn)換的電壓門限在圖中以VOL MIN和VIH MAX數(shù)值形式表示。接收到的電壓低于VIL MIN則保證為邏輯0響應(yīng)，高于VM MAX則保證為邏輯1響應(yīng)。落在兩個門限之間的接收電壓可能被接收電路判決為1，也可能為0，或者為一個不確定狀態(tài)。

VOL MIN意味著，對于所有的門電路，它是保證輸入為低電平所需的電壓門限。大多數(shù)邏輯門電路將會跳到比VIL MIN更低的電壓。這些邏輯門電路具有了一個額外的開關(guān)容限。制造商并不標(biāo)明低電平的開關(guān)門限有多大，而是只標(biāo)定其最小值。這一準(zhǔn)則也適用于VIH MAX，但要反過來。

對于10KH系列產(chǎn)品，保證0和1的輸出電壓分別標(biāo)定為VOL和VOH。當(dāng)發(fā)送一個低電平時，輸出電壓要確保位于VOL MIN和VOL MAX之間。當(dāng)發(fā)送一個高電平時，輸出電壓要確保位于VOH MIN和VOH MAX之間。

要確保輸出范圍和不確定人范圍之間沒有重疊。無重疊意味著靜態(tài)傳輸?shù)闹?，無論是0還是1，總是會被正確地接收到。

針對具體的門電路而言，其實際發(fā)送值是一個與環(huán)境溫度、電源以及產(chǎn)品制造過程有關(guān)的變量函數(shù)。它的數(shù)據(jù)指標(biāo)手冊往往只聲明0和1的輸出值分別都超過VOL和VOH。圖2.15中標(biāo)出了典型的輸出電平。

“電壓容限”指的是VOH和VIH之間的差值，或者VOL和VIL之間的差值，這里都取最小值。

正如邏輯輸出的值通常都優(yōu)于最壞情況下的指標(biāo)一樣，超過最壞情況的開關(guān)門限邏輯輸入通常能夠準(zhǔn)確地識別。一個典型的10KH反相器的轉(zhuǎn)換函數(shù)顯示在圖2.15中。正如讀者所看到的，電路在開關(guān)區(qū)域表現(xiàn)出的增益為-4，在開關(guān)區(qū)域之外電路進(jìn)入飽和，其輸出值位于陰影部分的指標(biāo)范圍內(nèi)。僅這一個門電路能夠很好地工作在最壞情況的開關(guān)區(qū)域內(nèi)，并不表明每個門電路都將地這樣。下一個離開流水線的門電路也許有不同的輸入直流偏置，因而轉(zhuǎn)換電壓接近于最壞情況區(qū)域的這一邊或另一邊。軍用產(chǎn)品制商在工廠里對產(chǎn)品進(jìn)行篩選，以保證開關(guān)門限在許可范圍之外的產(chǎn)品沒有一個被運(yùn)走。商用產(chǎn)品制造商僅僅統(tǒng)計抽檢產(chǎn)品參數(shù)，而且只是盡力而為。

為什么需要容限在許可范圍之外的產(chǎn)品沒有一個被運(yùn)走。商用產(chǎn)品制造商僅僅統(tǒng)計抽檢產(chǎn)品參數(shù)而且只是盡力而為。

為什么需要容限呢？容限能夠?qū)φ鎸嵪到y(tǒng)中數(shù)字信號的非理想發(fā)送和接收缺陷進(jìn)行補(bǔ)償。在如下的信號劣化情況中，沒有足夠容限的系統(tǒng)將無法運(yùn)行：

1、直流電源的電流流經(jīng)接地通路的DC電阻，導(dǎo)致各邏輯器件之間存在地電位差。門電路發(fā)送的信號是在本地地電位上的一個固定電位，如果發(fā)送門與接收門的參考電位之間發(fā)生了偏移，那么收到的將會是另外一個電位。

2、快速變化的返回信號電流，流經(jīng)接收通路電感，引起邏輯器件之間對地電壓的變化。這些對地電壓關(guān)對于接收信號電位的影響就像上面所說的直流地電位差一樣。這是感性串?dāng)_的一種形式。

3、鄰近線路上的信號可能通過各自的互容或互感相互耦合，對某個指定的線路產(chǎn)生串?dāng)_。串?dāng)_疊加到預(yù)期的接收信號之上，可能使一個好信號偏移到臨近開關(guān)門限。

4、振鈴、反射、長的線路使二進(jìn)制信號的形狀產(chǎn)生扭曲。與發(fā)射端相比，接收端變化了的信號顯得更小。容限為信號失真留出了一些容許限度。

5、某些邏輯系列產(chǎn)品的門限電平是一個溫度的函數(shù)。溫度較低的門電路到溫度較高的門電路的信號傳送可能容限減少或者負(fù)的容限值。

第1項和第5項適用于所有的系統(tǒng)，而無論其運(yùn)行速度如何，而且計算時必須始終將這兩頂?shù)挠绊懣紤]在內(nèi)。第2項到第4項是調(diào)整系統(tǒng)所特有的。

這3個高速效應(yīng)都隨被傳輸信號的大小而改變，信號返回電流越大，引起的地電位差越高，信號電壓越大，產(chǎn)生的串?dāng)_越多，而且傳輸信號越大，表現(xiàn)出的振鈴和反射越嚴(yán)重，這些對應(yīng)關(guān)系引導(dǎo)我們得出的結(jié)論：對于高速系統(tǒng)中第2項到第4項的影響，容限與影響的比就是電壓容限與輸出電壓幅度的比。用百分比計算比直接的電壓讀數(shù)更加直觀，更加方便，更能夠比較不同的邏輯系列產(chǎn)品之間的差別，噪聲容限的百分比等于以下兩個比值中的較小者：

10KH ECL邏輯的噪聲容限百分比是17.8%，而74ASTTL邏輯的噪聲容限百分比僅有9.1%，這一差別是ECL邏輯比TTL有更好的噪聲抗擾的依據(jù)，雖然ECL的實際電壓容限小于TTL，但相對于ECL電壓幅度的百分比較大。

當(dāng)然10KH系列的轉(zhuǎn)換速度比74AS系列產(chǎn)品快兩到三倍，較快的轉(zhuǎn)換時間加大了返回電流、串?dāng)_以及振鈴的問題，總的來說，與74AS系列相比，MC10KH系列更難抑制返回電流，串?dāng)_以及振鈴的問題，但困難程度并非兩到三倍那么多。