Conversión de nivel de voltaje entre + 3V y + 3.3V

Realmente no le importa cuál es el nivel de voltaje VCC o VDD, pero está más interesado en los requisitos V (entrada lo) y V (entrada alta) para ambos dispositivos.

Para sus elementos de sistema de 3 V y 3,3 V, las preguntas reales son:

1. Cuando se activa la entrada de 3 V desde la salida del elemento de 3.3 V, ¿el voltaje de salida puede ser demasiado alto?

Para muchos elementos de la interfaz, la entrada se anuncia como segura para 5 V, por lo que para esos elementos, la salida de 3.3 V puede interactuar directamente con el sistema de 3 V.
Sugeriría que no hay condiciones en las que esto no funcione o cause daños.

Alguna lógica tiene estructuras de sujeción en las puertas de entrada, por lo que hay más cosas que considerar. Para estos elementos puede verse un poco así:

Enestascondiciones(señalalta),dondelaspinzasdediododeentradasondiodosplanosconunVfde650mVtípicamente,espocoprobablequelacorrientefluyadesdelasalidade3,3Valaestructura/suministrodeVDDdeelementosde3V.Porseguridad,podríaagregarunaresistenciadevalorpequeñoparalimitarlacorriente.

Hay un principio importante a considerar aquí:

Incluso si están operando a la misma tensión nominal, debe preocuparse por conectar una a otra si están operando desde suministros separados.

Por lo general, los límites de voltaje de entrada de max max son Vdd a GND +/- 300mV. Cuando uno está apagado, eso significa que más de +/- 300 mV está violando la especificación máxima absoluta. Si la corriente no está limitada, pueden producirse daños, especialmente cuando la energía se vuelve a aplicar a la que está apagada.

Hay algunas maneras de lidiar con esto (en orden creciente de costo y rendimiento:

1. Una resistencia en serie (o divisor de voltaje) limitará la corriente y, si es un divisor, la bajará un poco.

2. Un BJT o MOSFET se puede usar con un pullup a la fuente respectiva. Los BJT son un poco más baratos y más resistentes.

3. Se puede usar un chip traductor de voltaje con suministros separados (ambos proveedores van al chip). Algunos chips aceptan voltajes de 1.8 a 5.5 en cualquier lado, u otros rangos amplios. Por ejemplo, 74AVCH2T45 traduce uno bit en cada dirección desde cualquier suministro 0.8 ~ 3.6 a cualquier suministro 0.8 ~ 3.6 con tiempos de propagación < 10ns en cualquier dirección.

Para usar una resistencia, debe estar satisfecho con los retrasos de propagación relativamente lentos. Para el 3V- > 3.3V es casi seguro que solo se puede usar una resistencia en serie. La mayoría de los dispositivos de 3V son CMOS y la mayoría está satisfecha con 0.7Vdd o 2.31V para un suministro de 3.3V, por lo que aún tendría un margen de ruido de 600-700mV, que es suficiente.

Si la velocidad no es un problema, algo como 10K es bueno y limita la corriente de entrada a un nivel realmente seguro. Para ir al otro lado, puede que salgas con 10K de nuevo, pero sería mejor dividirlo en un 10% aproximadamente, por lo que 10K / 100K:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

En cuanto a la velocidad, si la carga capacitiva fuera bastante grande (por ejemplo, 100 pF) debido al cable o lo que sea, entonces la constante de tiempo sería 1us. Probablemente no sea un problema para un UART, al menos a 115k baudios o menos.

Por supuesto, los transistores invierten la señal y los resistores (y la mayoría de los traductores de voltaje) no lo hacen, pero eso lo sabías.

Si el \ $ V_ {oh} \ $ (voltaje provisto en la salida) del controlador es mayor que el mínimo \ $ V_ {ih} \ $ (voltaje requerido en la entrada) del receptor, usted es bueno .

Hay dos cosas diferentes sobre las que debes estar pensando aquí.

En primer lugar, está el dispositivo de bajo voltaje que habla con el dispositivo de mayor voltaje. Como lo mencionó @BrianCarlton, si el voltaje emitido por el dispositivo de bajo voltaje para un valor ALTO está por encima del umbral ALTO para una entrada lógica (si \ $ V_ {OH} \ $ está por encima de \ $ V_ {IH} \ $) entonces se puede conectar directamente. Si no es así, necesitará alguna forma de aumentar el voltaje por encima de \ $ V_ {IH} \ $.

El segundo es el dispositivo de alto voltaje que habla con el dispositivo de bajo voltaje. Esto es más sobre el riesgo de sobrecargar la entrada que cualquier nivel lógico (aunque es posible que solo desee verificar los umbrales de nivel lógico BAJO de la misma manera que para los niveles ALTOS en la otra dirección).

Primero debe verificar las calificaciones de máximo absoluto para el dispositivo de bajo voltaje para ver si el voltaje más alto será demasiado alto. Si está dentro del máximo absoluto para una entrada (generalmente algo como Vcc + 0.3V), entonces debería estar bien, aunque para valores ALTOS sostenidos podría ser "dudoso".

La mayoría de los dispositivos tienen algún tipo de protección en las entradas (aunque no todas, así que verifique primero) en forma de diodos entre el pin y tierra y Vcc. Esto permite que cualquier exceso de voltaje por encima de Vcc (o por debajo del suelo) se alimente al riel correspondiente en lugar de ingresar al pin IO (sujeción del diodo). Sin embargo, estos solo tienen una capacidad de corriente limitada, y es la adición de una resistencia a la entrada lo que ayuda en este escenario, lo que limita la corriente para evitar daños a estos diodos (suponiendo que existan, siempre puede agregar la suya también). p>

Algunas hojas de datos incluyen un "límite máximo de corriente de sobretensión" en sus clasificaciones. Esa es básicamente la calificación actual de estos diodos. Puede usar eso para calcular el valor más bajo de resistencia que aún sería seguro. En general, sin embargo, más alto es mejor, pero no demasiado alto como para afectar negativamente la forma de su señal. Para los datos de UART, eso no es un gran problema ya que está trabajando a frecuencias relativamente bajas.

Sin embargo, por el precio de, digamos, un BSS138P y un par de resistencias de 10K, ¿realmente vale la pena correr el riesgo?

Todo es bastante simple. No necesita hacer nada y simplemente conectar ambos circuitos directamente. La diferencia de riel está realmente dentro de la tolerancia normal del 10% de la interfaz LVCMOS-33.

Ambos dispositivos son dispositivos CMOS. Los dispositivos CMOS tienen un umbral lógico (de conmutación) en algún lugar en medio de los rieles de voltaje. Y el punto de conmutación se escala ratiométricamente con la tensión de alimentación. Entonces, un dispositivo lo tendrá a 1.5V, el otro a 1.65V, más-menos 300-400mV en el peor de los casos. El estándar para el estándar CMOS-33 de bajo voltaje define los márgenes de seguridad y exige un nivel de 2 V como entrada mínima ALTA. Por lo tanto, siempre que ambos lados dirijan sus respectivas señales casi de riel a riel (como es habitual en los circuitos CMOS de baja carga) y ALTO esté por encima de 2 V y BAJO esté por debajo de 0,8 V, todo estará bien.

Consulte estándar JDEC JESD8C.01