电压容限原理及其它介绍

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电压容限是逻辑驱动器的保证输出与逻辑接收器在最坏的情况下的灵敏度之间的差值。工作基于接收电压的逻辑系列产品都有电压容限，如同光学逻辑器件有光子容限，或者机械设备在BABBAGE引擎中有机械联运容限一样。图2.15举例说明了MOTOROLA 10KH射极耦合逻辑门电路在25℃环境温度条件下的电压容限，这此逻辑门电路都是对输入电压敏感，保证0和1转换的电压门限在图中以VOL MIN和VIH MAX数值形式表示。接收到的电压低于VIL MIN则保证为逻辑0响应，高于VM MAX则保证为逻辑1响应。落在两个门限之间的接收电压可能被接收电路判决为1，也可能为0，或者为一个不确定状态。

VOL MIN意味着，对于所有的门电路，它是保证输入为低电平所需的电压门限。大多数逻辑门电路将会跳到比VIL MIN更低的电压。这些逻辑门电路具有了一个额外的开关容限。制造商并不标明低电平的开关门限有多大，而是只标定其最小值。这一准则也适用于VIH MAX，但要反过来。对于10KH系列产品，保证0和1的输出电压分别标定为VOL和VOH。当发送一个低电平时，输出电压要确保位于VOL MIN和VOL MAX之间。当发送一个高电平时，输出电压要确保位于VOH MIN和VOH MAX之间。要确保输出范围和不确定人范围之间没有重叠。无重叠意味着静态传输的值，无论是0还是1，总是会被正确地接收到。针对具体的门电路而言，其实际发送值是一个与环境温度、电源以及产品制造过程有关的变量函数。它的数据指标手册往往只声明0和1的输出值分别都超过VOL和VOH。图2.15中标出了典型的输出电平。“电压容限”指的是VOH和VIH之间的差值，或者VOL和VIL之间的差值，这里都取最小值。正如逻辑输出的值通常都优于最坏情况下的指标一样，超过最坏情况的开关门限逻辑输入通常能够准确地识别。一个典型的10KH反相器的转换函数显示在图2.15中。正如读者所看到的，电路在开关区域表现出的增益为-4，在开关区域之外电路进入饱和，其输出值位于阴影部分的指标范围内。仅这一个门电路能够很好地工作在最坏情况的开关区域内，并不表明每个门电路都将地这样。下一个离开流水线的门电路也许有不同的输入直流偏置，因而转换电压接近于最坏情况区域的这一边或另一边。军用产品制商在工厂里对产品进行筛选，以保证开关门限在许可范围之外的产品没有一个被运走。商用产品制造商仅仅统计抽检产品参数，而且只是尽力而为。为什么需要容限在许可范围之外的产品没有一个被运走。商用产品制造商仅仅统计抽检产品参数而且只是尽力而为。为什么需要容限呢？容限能够对真实系统中数字信号的非理想发送和接收缺陷进行补偿。在如下的信号劣化情况中，没有足够容限的系统将无法运行：1、直流电源的电流流经接地通路的DC电阻，导致各逻辑器件之间存在地电位差。门电路发送的信号是在本地地电位上的一个固定电位，如果发送门与接收门的参考电位之间发生了偏移，那么收到的将会是另外一个电位。2、快速变化的返回信号电流，流经接收通路电感，引起逻辑器件之间对地电压的变化。这些对地电压关对于接收信号电位的影响就像上面所说的直流地电位差一样。这是感性串扰的一种形式。3、邻近线路上的信号可能通过各自的互容或互感相互耦合，对某个指定的线路产生串扰。串扰叠加到预期的接收信号之上，可能使一个好信号偏移到临近开关门限。4、振铃、反射、长的线路使二进制信号的形状产生扭曲。与发射端相比，接收端变化了的信号显得更小。容限为信号失真留出了一些容许限度。5、某些逻辑系列产品的门限电平是一个温度的函数。温度较低的门电路到温度较高的门电路的信号传送可能容限减少或者负的容限值。第1项和第5项适用于所有的系统，而无论其运行速度如何，而且计算时必须始终将这两顶的影响考虑在内。第2项到第4项是调整系统所特有的。这3个高速效应都随被传输信号的大小而改变，信号返回电流越大，引起的地电位差越高，信号电压越大，产生的串扰越多，而且传输信号越大，表现出的振铃和反射越严重，这些对应关系引导我们得出的结论：对于高速系统中第2项到第4项的影响，容限与影响的比就是电压容限与输出电压幅度的比。用百分比计算比直接的电压读数更加直观，更加方便，更能够比较不同的逻辑系列产品之间的差别，噪声容限的百分比等于以下两个比值中的较小者：

10KH ECL逻辑的噪声容限百分比是17.8%，而74ASTTL逻辑的噪声容限百分比仅有9.1%，这一差别是ECL逻辑比TTL有更好的噪声抗扰的依据，虽然ECL的实际电压容限小于TTL，但相对于ECL电压幅度的百分比较大。当然10KH系列的转换速度比74AS系列产品快两到三倍，较快的转换时间加大了返回电流、串扰以及振铃的问题，总的来说，与74AS系列相比，MC10KH系列更难抑制返回电流，串扰以及振铃的问题，但困难程度并非两到三倍那么多。