50 МГц Тактовый сдвиг с 5 В на 3,3 В и двунаправленный, возможно?

Я пытаюсь разработать схему для преобразования источника тактовой частоты 50 МГц из 5 В в 3,3 В. Сначала я подумал об использовании преобразователя уровней Sparkfun, показанного в ссылке ниже:

https://learn.sparkfun.com/tutorials/bi-directional-logic-level-converter-hookup-guide

Однако используемая там NMOS, BSS138, имеет время задержки и нарастания, которые не подходят для тактового сигнала 50 МГц. Он имеет время задержки 2,5 нс и время нарастания 9 нс при включении. Точно так же он имеет задержку 20 нс и время спада 7 нс при выключении.

Я пытался найти решения, похожие на конвертер, но большинство из них не подходят для сигналов МГц. В некоторых решениях используются микросхемы, такие как SN74LVC8T245, но их направление зависит от входа на вывод направления, и время нарастания кажется неподходящим для тактового сигнала. Другие решения, такие как резисторный делитель, похоже, работают для более низких частот, но я хочу обеспечить целостность сигнала, поскольку это тактовый сигнал. Использование более быстрой NMOS было бы идеальным и упрощенным, и я могу воспроизвести схему Sparkfun для нескольких линий, но какие другие решения были бы оптимальными для этого быстрого тактового сигнала?

РЕДАКТИРОВАТЬ: Поскольку было некоторое обсуждение необходимости двунаправленности, я хотел бы немного объяснить здесь. Изначально мы думали, что можем пойти с переводчиком уровней. Один канал будет доступен для перевода часов с 5 на 3,3 В, а остальные каналы будут использоваться по мере необходимости для других целей. Но из-за спецификаций BSS138 он не казался надежным для нашей тактовой частоты 50 МГц. После некоторого обсуждения двунаправленность больше не является требованием, по крайней мере, для тактового сигнала, поэтому мы пока просто сосредоточились на смещении тактового сигнала вниз. Мне очень жаль, что я упомянул двунаправленность. Давай пока просто забудем об этом. Мы планируем понизить тактовый сигнал, а затем он должен перейти в другой модуль, принимающий на вход 3,3 В. Я не знаю емкость нагрузки или импеданс модуля,

РЕДАКТИРОВАТЬ: Итак, проигнорировав двунаправленную функциональность, я думаю, что, возможно, нашел потенциальное решение: использовать буфер для понижения его с 5 В до 3,3 В при сохранении целостности сигнала. Я нашел несколько буферов, которые, кажется, работают от TI, SN74LV1T34 и SN74LV1T126.

http://www.ti.com/product/SN74LV1T34/описание

http://www.ti.com/product/SN74LV1T126/описание

Я импортировал модель SN74LV1T126 в LTspice и запустил симуляцию, подключив ее к 3,3 В и 5-вольтовому источнику тактового сигнала 50 МГц, показав выходное напряжение с нагрузкой и без нее. В идеале хотелось бы протестировать SN74LV1T34, но для него нет моделей SPICE, так что пока работаю только с SN74LV1T126. Изображение показано ниже:

Логический уровень Sim 1

Здесь я просто показываю один тактовый цикл, чтобы я мог измерить время нарастания и спада, чтобы увидеть, находятся ли они в допустимых пределах с учетом тактового входа. Судя по симке вроде работает хорошо, но под нагрузкой не доходит до 3,3В, а падает до 1,8В. нагрузки, так что я могу сделать, чтобы обеспечить правильное напряжение?

Если у вас есть «источник часов», почему ваша схема сдвига уровня должна быть «двунаправленной»?
Я хотел бы проверить это в будущем на тот случай, если нам может понадобиться перейти от 3,3 к 5 В, если это возможно. Если нет, то я просто смирюсь с тем, что мы можем двигаться только в одном направлении и двигаться дальше.
Может быть, я не следую вашей концепции будущего, не знаю, что влечет за собой проект и все такое, но если вы беспокоитесь о том, что вам снова понадобится 5 В, тогда вы можете просто взять его прямо из источника ...
Какая у вас емкость нагрузки? Какое у вас сопротивление линии передачи? Учтите, что логика CMOS 3,3 В имеет выходное сопротивление около 25 Ом, а логика 5 В — около 50 Ом.
@ user101402 это глупое требование. По наитию часы не меняют позже. Это в любом случае потребует соответствующего редизайна.
Что заставляет вас думать, что двунаправленный сдвиг уровня на 50 МГц вообще возможен? Текущее состояние дел Максима в этом году (не 16), а 8 МГц, а ограничение I2C составляет 3,2 МГц. Знаете ли вы, почему существует предел?
Я пытаюсь понять, где нужны двунаправленные часы с такой высокой скоростью. Может быть, мультимастерная шина SPI? Но в таком случае нельзя ли использовать GPIO для управления направлением данных транслятора уровней?
Мне очень жаль, что я сделал его двунаправленным. Это было глупо, поэтому я просто пытаюсь сделать это в одну сторону, игнорируя необходимость двунаправленности. Так что, игнорируя это, это определенно должно быть возможно. PCA9306 кажется многообещающим, но я не могу найти модель для использования в LTspice, чтобы убедиться, что она будет работать. @TonyStewart.EEsince'75 Вы упомянули, что при правильной разработке он будет работать на более высоких частотах. 50 МГц — это быстро, так чего же нужно опасаться при работе с таким быстрым сигналом?
не используйте двунаправленный, буферизируйте его и читайте книги о дизайне высокоскоростной компоновки, полосковой линии и т. д., мой первоначальный ответ был правильным
Нагрузка 50 Ом будет редкостью, попробуйте свою симуляцию на что-то более разумное.
@DanMills Спасибо за ваш комментарий, но почему нагрузка 50 Ом может быть редкостью? Если входное сопротивление модуля, на который я посылаю часы, составляет 50 Ом, разве я не должен моделировать его так? Поскольку ТониСтюарт упомянул, что логика CMOS имеет выходное сопротивление 25 Ом, я пытаюсь выяснить, к какому модулю будут подключаться часы, чтобы проверить сопротивление входов, чтобы обеспечить правильное моделирование.
50 Ом очень распространены в ВЧ-приложениях, но не в тех устройствах, которые должны напрямую управляться CMO. Большинство тактовых входов чипа, предназначенных для работы на частоте всего 50 МГц, будут работать в стандартном режиме напряжения CMOS или, возможно, LVDS или PECL, оба из которых в основном являются вариациями на дифференциале 100 Ом. Единственное место, где вы видите 50 Ом, - это когда оно предназначено для завершения коаксиальной линии, что представляет собой приложение, отличное от встроенной логики.
@DanMills Ну, модуль, на который я отправляю часы, - это модуль PIXIE NIM. xia.com/DGF_Pixie-16.html Его входы 50 Ом, хотя, поскольку это тактовый сигнал, я не знаю точно, как часы будут вводиться в модуль. Я просто иду по спецификациям.
Похоже, вы можете либо настроить тактовый вход на передней панели, и в этом случае 50 Ом по коаксиальному кабелю (SMA, судя по всему), выглядит правильно, либо через объединительную панель, вам потребуется больше данных, чем есть на этом веб-сайте для убедитесь, что соответствующий интерфейс. В частности, я ожидаю, что интерфейсу 50 Ом потребуется скорее 0 дБм, чем несколько вольт вверх (но, вероятно, он будет принимать широкий диапазон уровней возбуждения).
@DanMills Я не уверен, как моя команда подключится от часов 3,3 В к модулю PIXIE; Я просто работаю исходя из предположения, что это один из разъемов SMA на 50 Ом. Предполагая, что это так, подключение нагрузки 50 Ом к выходу, как показано на моем изображении, не дает выходного напряжения 3,3 В, как ожидалось. Мне просто нужно провести дополнительное исследование другого буфера, который может сработать.
@DanMills Если разъем рассчитан на сопротивление 50 Ом, правильно ли я моделирую его на схеме? Я не уверен, что разъем можно считать нагрузкой, поэтому имеет ли смысл просто поставить на него резистор и назвать его разъемом, или это нормально, поскольку то, что видит выход SN74LV1T126, является Нагрузка 50 Ом, если просто упростить до импеданса?
@DanMills Извините, обнаружил возможную проблему. SN74LV1T126 рассчитан на 7 мА, и мне нужно больше, чтобы обеспечить 3,3 В при нагрузке 50 Ом, не менее 66 мА.

Ответы (2)

Если вы думаете, что можете внезапно перейти от ограничения скорости 3,2 МГц для I2C speed3 до 50 МГц без контроля импеданса на драйверах с обеих сторон, тщательного экранирования и контролируемого импеданса T-линии с низким переключателем с открытым стоком RdsOn, который повышается в Coss, Ciss так как RdsOn уменьшается.

Постоянные времени RC нагрузки драйвера линии управляют максимальной скоростью

  • когда вы не следуете линиям контролируемого импеданса.

Вот самый быстрый на 16 8 МГц, который я нашел. (2017) с Nch FET

https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX14591.pdf

Но в переключателях серии BJT можно получить максимальное время нарастания / спада <3,3 нс при нагрузке 300 Ом = 30 пФ, используя PCA3060, предложенный @BruceAbbot.

Однако даже это может не работать на I2C на частоте 50 МГц.

PCA9306 имеет стандартную конфигурацию шины I2C с открытым коллектором. Размер этих подтягивающих резисторов зависит от системы, но на каждой стороне транслятора должен быть подтягивающий резистор. Устройство предназначено для работы с устройствами стандартного режима, быстрого режима и быстрого режима Plus I2C-bus в дополнение к устройствам SMBus.

Максимальная частота зависит от постоянной времени RC, но обычно поддерживается > 2 МГц.

  • но максимальная частота полностью зависит от специфики приложения, и устройство может работать на частоте > 33 МГц. По сути, PCA9306 ведет себя как провод с дополнительными характеристиками физики транзисторных устройств и должен быть способен работать на более высоких частотах при правильном использовании. Давайте сначала рассмотрим недвунаправленные устройства сдвига тактовых импульсов и буферов данных.

Это один из подходов с использованием полосковой линии = 50 Ом и 25 Ом, 5 В, логика семейства 74LVC' или 74LVA'.

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Это старая школа, использующая 74ACL и 74ACL2, но работает.

Теперь существует так много различных логических семейств, которые НЕ нуждаются в устройствах сдвига уровня для однонаправленных сигналов.

введите описание изображения здесьССЫЛКА

  1. http://focus.ti.com/pdfs/logic/lvabrochure.pdf
  2. http://www.ti.com/lit/sg/sdyu001ab/sdyu001ab.pdf
Как это двунаправленно?
Как сказал Али, почему часы должны быть двунаправленными? Они также должны быть в трех состояниях?
Я предполагаю, что он пытается побить рекорды скорости I2C с открытым переключателем стока.
Нет, я предполагаю, что OP хочет подключить микросхему генератора 5x3 5 В с входом 3,3 В к UP или FPGA.
Ну, тогда последовательный переключатель не будет работать хорошо. Даже PCA3060 ведет себя как провод с возможной частотой >30 МГц. спецификация говорит о дополнительных характеристиках физики транзисторных устройств и должна быть способна работать на более высоких частотах при правильном использовании.
Почему вы говорите о I2C? При чем здесь 3,2 МГц?
Я сожалею о двунаправленном требовании. После некоторых размышлений я просто пытаюсь сделать так, чтобы это шло в одну сторону прямо сейчас. Я посмотрел на PCA9306, и кажется, что он удовлетворит мои потребности из-за быстрого времени нарастания и спада переключения, поэтому кажется, что он будет работать для сигнала 50 МГц. Однако я пытаюсь найти модель для тестирования в LTspice, а модель TI есть только в HSPICE. Кроме того, причем здесь 3,2 МГц?
PCA9306 не является буфером, удалите двунаправленный вопрос, следуйте книгам по контролю импеданса полосковой линии, прочитайте остальную часть моего ответа еще раз. Разобраться с вызывными сигналами, линиями передачи и дизайном компоновки не так уж и просто.
@TonyStewart.EEsince'75 Спасибо за ответ. Когда я узнаю больше о физических ограничениях моего дизайна, я обязательно посмотрю темы, которые вы упомянули, по мере продвижения моего дизайна. Все, что я знаю на данный момент (если это вдруг не изменится), это то, что это будет встроено в рамку модуля NIM, поэтому существуют конструктивные ограничения. Если повезет, буфер можно разместить как можно ближе к входам и выходам, чтобы уменьшить импеданс, но на данный момент требуется больше информации. По крайней мере, буферы, о которых вы упомянули, обязательно понизят тактовый сигнал до соответствующего напряжения.
Логические семейства в таблице могут использоваться напрямую, но с полосковыми дорожками.
@TonyStewart.EEsince'75 Спасибо, буду иметь в виду. Прошу прощения за то, что задаю вам так много вопросов, но вы случайно не знаете о хорошей буферной модели SPICE, не так ли? Трудно найти деталь, которая будет соответствовать моим потребностям и иметь модель SPICE, которую я могу смоделировать.
просто прочитайте спецификации частей 74LVCxxx, как я предложил, которые принимают 5Vin с низкой задержкой, и если вы не моделируете импеданс дорожки, нагрузку и паразитную емкость, симуляции менее полезны.
Спасибо за ваше предложение. Одна вещь, которая пришла мне в голову во время исследования, — это эффекты линии передачи. Длина кабеля составляет 6 футов (1,83 м), поэтому в худшем случае напряжение на входе упадет, поэтому я также пытаюсь выяснить, как проектировать с учетом TL. Я не думаю, что просто согласования с (предполагаемым) импедансом кабеля в 50 Ом будет достаточно.
ТАКЖЕ, если источник не 50 Ом, как детали 74LVCxxx при 5 В, вы можете понять, что лента 20 ~ 30 пф / фут или витая пара повлияют на время нарастания.

Ну, пока я не понимаю необходимости двунаправленного (для часов всего?) есть один компонент, который, казалось бы, отвечает всем требованиям...

Представляем скромный трансформер!

Что-то вроде FT50-61, возможно, с 10 витками, подключенными к 6, и колпачком, соединенным входом и выходом, восстановление постоянного тока с парой резисторов на 220 Ом, казалось бы, отвечает всем требованиям.

Очень стандартная плата в радиочастотном дизайне, но, возможно, не так часто встречается на плате логики в наши дни!

Спасибо за ваш комментарий. Я просто сосредоточился на полевых транзисторах и интегральных схемах, которые я никогда не рассматривал как трансформатор. Теоретически трансформатор подойдёт, но я бы не подумал, что можно просто трансформатор и понизить его с 5 до 3,3. Что еще нужно добавить в схему, чтобы сделать ее надежной?
user101402 понятия не имеет о контроле импеданса, непреднамеренном излучении для электромагнитной совместимости, и ему многое предстоит узнать о проектировании из книг.
50 МГц Тактовый сдвиг с 5 В на 3,3 В и двунаправленный, возможно?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v