秘籍!嵌入式系統(tǒng)電源設(shè)計決巧，搞定電壓轉(zhuǎn)換!

　　如圖4所示，降壓開關(guān)穩(wěn)壓器是一種基于電感的轉(zhuǎn)換器，用來把輸入電壓源降低至幅值較低的輸出電壓。輸出穩(wěn)壓是通過控制 MOSFET Q1 的導(dǎo)通(ON)時間來實現(xiàn)的。由于 MOSFET 要么處于低阻狀態(tài)，要么處于高阻狀態(tài) (分別為 ON 和OFF)，因此高輸入源電壓能夠高效率地轉(zhuǎn)換成較低的輸出電壓。

　　圖4：開關(guān)穩(wěn)壓器件在降壓電路的使用

　　訣竅：在選擇開關(guān)穩(wěn)壓器時，在使用開關(guān)穩(wěn)壓芯片時，對于連接兩個工作電壓不同的器件時，必須要知道其各自的輸出、輸入閾值。知道閾值之后，可根據(jù)應(yīng)用的其他需求選擇器件的連接方法。圖5 是大俠們所使用的輸出、輸入閾值一個列表。在設(shè)計連接時，請務(wù)必參考制造商的數(shù)據(jù)手冊以獲得實際的閾值電平。

　　圖5：典型輸出、輸入閾值列表

　?、?V到5V使用MOS管轉(zhuǎn)換方案

　　如果 5V 輸入的 VIH 比 3.3V CMOS 器件的 VOH 要高，則驅(qū)動任何這樣的 5V 輸入就需要額外的電路。

　　圖6：所示為低成本的雙元件解決方案

　　訣竅：在選擇 R1 的阻值時，需要考慮兩個參數(shù)，即：輸入的開關(guān)速度和 R1 上的電流消耗。當(dāng)把輸入從 0切換到 1 時，需要計入因 R1 形成的 RC 時間常數(shù)而導(dǎo)致的輸入上升時間、 5V 輸入的輸入容抗以及電路板上任何的雜散電容。輸入開關(guān)速度可通過下

　　式計算：TSW = 3 x R1 x (CIN + CS)。

　?、?V到5V可以嘗試用電壓比較器。如圖7：

　　圖7：3V到5V使用電壓比較器

　　比較器的基本工作如下：

　　• 反相 (-)輸入電壓大于同相 (+)輸入電壓時，比較器輸出切換到 Vss。

　　• 同相 (+)輸入端電壓大于反相 (-)輸入電壓時，比較器輸出為高電平。

　　訣竅：為了保持 3.3V 輸出的極性， 3.3V 輸出必須連接到比較器的同相輸入端。比較器的反相輸入連接到由 R1 和 R2 確定的參考電壓處。

　　如何計算 R1 和 R2?R1 和 R2 之比取決于輸入信號的邏輯電平。對于 3.3V 輸出，反相電壓應(yīng)該置于VOL 與VOH之間的中 點電壓。對于 LVCMOS 輸出，中點電壓為：

　　如果R1和R2的邏輯電平關(guān)系如下，

　　若 R2 取值為 1K，則 R1 為 1.8K。經(jīng)過適當(dāng)連接后的運算放大器可以用作比較器，以

　　將 3.3V 輸入信號轉(zhuǎn)換為 5V 輸出信號。

　　特別注意： 要使運算放大器在 5V 供電下正常工作，輸出必須具有軌到軌驅(qū)動能力。

　?、?.3V到 5V轉(zhuǎn)換大膽使用模擬增益模塊

　　低電平信號可能不需要外部電路，但在 3.3V 與 5V 之間傳送信號的系統(tǒng)則會受到電源變化的影響，可以大膽使用模擬增益模塊，這種看似難懂的模塊用于補償 3.3V 轉(zhuǎn)換到 5V 的模擬電壓。例如，在 3.3V 系統(tǒng)中，ADC轉(zhuǎn)換1V峰值的模擬信號，其分辨率要比5V系統(tǒng)中 ADC 轉(zhuǎn)換的高，這是因為在 3.3V ADC 中，ADC 量程中更多的部分用于轉(zhuǎn)換。但另一方面，3.3V 系統(tǒng)中相對較高的信號幅值，與系統(tǒng)較低的共模電壓限制可能會發(fā)生沖突。

　　圖8：3.3V到 5V模擬增益模塊的使用

　　訣竅：這種方法要將 5V 模擬信號轉(zhuǎn)換為 3.3V 模擬信號，最簡單的方法是計算好 R1:R2 比值為 1.7:3.3 的電阻分壓器。