Actel的IO电平的5V兼容设计

2026/1/27 17:55:24

1.1.1 5V输入容限

当使用LVTTL 3.3V、LVCMOS 3.3V、LVCMOS 2.5V和LVCMOS 2.5V配置时,I/O可以支持5V的输入容限(详见表 错误!文档中没有指定样式的文字。.1)。推荐4种方法(有关板和宏设置的详情见图 错误!文档中没有指定样式的文字。.1到图 错误!文档中没有指定样式的文字。.4)来获得5V的接收器容限。所有的解决方法都满足一个共同的要求:将I/O输入的电压限制到小于或等于3.6V。实际上,I/O绝对最大电压的额定值是3.6V,任何大于3.6V的电压可能造成长时间的栅氧化层(gate oxide)故障。

? 方法1

板级设计要求确保端口上反映出来的波形不能超出错误!未找到引用源。给出的限制。这是一个实现长期可靠性的需求。

这个机制也可以用在一个3.3V PCI/PCI-X的配置中,但是内部二极管不应当用来箝位,必须通过2个外部电阻对电压进行限制,具体见下面的说明。利用二极管的箝位可以创建一个过大的端口DC电压:3.3V+0.7V=4V。

这里给出了一些可能的电阻值的例子(由一个没有线路影响的简化模拟模型得到,发送器输出电阻为10?,其中Rtx_out_high=(VCCI-VOH)/ IOH,Rtx_out_low=VOL/IOL)。

? 例1(高速、高电流):

Rtx_out_high=Rtx_out_low=10? R1=36?(+/-5﹪),P(r1)min=0.069?

R2=82?(+/-5﹪),P(r2)min=0.158?

Imax_tx=5.5V/(82*0.95+36*0.95+10)=45.04mA

当C_pad_load=10pF时tRISE=tFALL=0.85ns(包括高达25﹪的安全区)

当C_pad_load=50pF时tRISE=tFALL=4ns(包括高达25﹪的安全区)

? 例2(中-低速、中等大小的电流):

Rtx_out_high=Rtx_out_low=10?

R1=220?(+/-5﹪),P(r1)min=0.018? R2=390?(+/-5﹪),P(r2)min=0.032?

Imax_tx=5.5V/(220*0.95+390*0.95+10)=9.17mA

当C_pad_load=10pF时tRISE=tFALL=4ns(包括高达25﹪的安全区) 当C_pad_load=50pF时tRISE=tFALL=20ns(包括高达25﹪的安全区)

只要当发送器发送一个逻辑‘1’时电阻的大小能够合适地将接收端的电压限制到2.5V

ProASIC3 I/O 输入 片外 5 . 5 V 片上 3 . 3 V R e xt 1 R e xt 2 ,需要 2 个板电阻 LV C MO S 3 . 3 V I/ O 图 错误!文档中没有指定样式的文字。.1 方法1

? 方法2

板级设计要求确保端口上反映出来的波形不能超出错误!未找到引用源。给出的限制。这是一个实现长期可靠性的需求。

这个机制也可以用在一个3.3V PCI/PCIX的配置中,但是内部二极管不应当用来箝位,必须通过外部电阻和齐纳二极管对电压进行限制,如图 错误!文档中没有指定样式的文字。.2所示。利用二极管的箝位可以创建一个过大的端口DC电压:3.3V+0.7V=4V。

ProASIC3 I/O 输入 片外 5 .5 V 片上 3 .3 V Rext1 Zener 3. 3 V 需要1 个板电阻, 1 个 3 .3 V 齐纳二极管, LVCMOS 3 . 3 V I/ O

图 错误!文档中没有指定样式的文字。.2 方法2

? 方法3

板级设计要求确保端口上反映出来的波形不能超出错误!未找到引用源。给出的限制。这是一个实现长期可靠性的需求。

这个机制也可以用在一个3.3V PCI/PCIX的配置中,但是内部二极管不应当用来箝位,必须通过总线开关对电压进行限制,如图 错误!文档中没有指定样式的文字。.3所示。利用二极管的箝位可以创建一个过大的端口DC电压:3.3V+0.7V=4V。

ProASIC3 I/O 输入 片外 总线开关 I D T Q S 3 2 X2 3 5 . 5 V 片上 3 . 3 V 5 . 5 V 板上需要 1 个总线开关 LV T T L / LV C M O S 3 . 3 V I / O 图 错误!文档中没有指定样式的文字。.3 方法3

? 方法4

ProASIC3 I/O输入片外5.5 V片上2.5 V片上箝位二极管2.5 VRext1需要板上一个电阻,适用于LVCMOS 2.5V/5V I/O 图 错误!文档中没有指定样式的文字。.4 方法4

表 错误!文档中没有指定样式的文字。.1 I/O热切换和5V输入容限功能

方法 1 2 3 板元件 2个电阻 电阻和3.3V的齐纳二极管 总线开关 电阻2 4 TJ=70℃时R=250? TJ=85℃时R=500? TJ=100℃时R=1000? 注: 1. 2.

速度和电流消耗随着板电阻值的降低而增加。 电阻值确保了I/O二极管的长期可靠性。

低速 速度 低到高速1 中等速度 高速 电流限制 受发送器驱动强度的限制 受发送器驱动强度的限制 N/A 二极管电流 TJ=70℃时为12mA TJ=85℃时为6mA TJ=100℃时为3mA 1.1.2 5V输出容限

ProASIC3 I/O必须设置成3.3V LVTTL或3.3V LVCMOS模式来可靠驱动5V TTL的接收器。还有一点至关重要,没有外部I/O上拉电阻连接到5V,因为这个电阻会将I/O端口电压拉高超过3.6V的绝对最大值,进而造成I/O的损坏。

当ProASIC3 I/O设置成3.3V LVTTL或3.3V LVCMOS模式时,它们就能直接驱动信号到5V TTL的接收器。事实上,在3.3V LVTTL和3.3V LVCMOS模式下的VOL=0.4V和VOH=2.4V超出了5V TTL接收器的VIL=0.8V和VIH=2V的电平要求。因此,5V TTL接收器可以正确识别出电平‘1’和电平‘0’。


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