【再说FPGA】金山CME-M5系列FPGA输入输出接口的电压容限
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发表于 3/11/2013 8:08:20 PM
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讨论金山CME-M5系列FPGA输入输出接口的电压容限。1 背景
最近，在制定学习CME-M5金山系列FPGA的计划时，收集一下手头的硬件资源，发现有1块LCD1602和LCD12864的液晶模块。我想这下可以用CME-M5芯片做些液晶模块的实验了。可是，当前问题是，我这两块液晶模块都是5V供电的，其电平为TTL电平，CME-M5芯片的I/O口电源为3.3V，电平不兼容怎么办？在网上搜罗了一些资料，也找到采用SN74LVC245或74HC245兼容3.3V和5V的8总线缓冲器及限流电阻等进行电平兼容方法。后来，在京微雅格官方网站看到了图1中红色方框标注的内容：“可承受5V输入容限”的说明，考虑到3.3V供电的STM32标注“LF”引脚是兼容5V的情况，我想CME-M5也会如此。因此，这就开启了我对该芯片I/O接口电压容限的分析研究。
2 结论
金山CME-M5系列芯片的输入输出引脚是可以接5V的外设的。其I/O的电压容限为-0.5V至5.5V。为了保险期间，在其与5V外设连接的所有I/O引脚中间穿入一只200Ω至510Ω的电阻进行限流，5V外设侧对应的I/O引脚至5V电源正极接4.7kΩ或5.1kΩ上拉电阻即可。这种电平兼容方法，成本低，电流小，也不错。保留了I/O口双向传输的特点。
当然，使用电平兼容芯片也可以，不过，一定要注意，电平兼容芯片供电电源一定要使用相对较低的电源电压，比如采用3.3V供电，此种方法，核心是利用电平兼容芯片I/O电压容限范围宽的特性。使用这种方法需要额外增加一个I/O控制数据流向，不太方便。
还有一种更好的方法是采用光耦进行隔离转换电平的方法。这个成本更高，要是，双向传输数据，成本更高，占用印制板面积更大，可谓是劳民伤财。不过，带光隔离，在工业设备中必须使用，否则，设备的抗干扰性能很差。
前两种方法，都必须把3.3V和5V电源共地，否则，无用。最后一种使用光耦隔离的方式，则完全做到了3.3V和5V的隔离。
通过以上分析可知：
(1)金山CME-M5系列芯片的输入输出引脚电压容限为-0.5V至5.5V，可以承受5V的TTL电平；
(2)保守期间，一般电平兼容应用时，最好采用电阻限流，上拉电阻钳位高电压外设电平的方式。
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