關(guān)鍵詞：CPLD(CPLD)；DSP(DSP),；混合電壓(MultiVolt)

1. EPM7128SLC84-15簡述

EPM7128SLC84-15是Altera公司的MAX7000S 系列的CPLD(Complex Programmable Logic Device),；采用CMOS E2PROM工藝，傳輸延遲僅為5ns,；內(nèi)部具有豐富的資源--128個觸發(fā)器,、2500個用戶可編程門；而且具有68個用戶可編程的IO口,，為系統(tǒng)定義輸入,、輸出和雙向口提供了極大的方便；為了比較適合混合電壓系統(tǒng),，通過配置,，輸入引腳可以兼容3.3V/5V邏輯電平，輸出可以配置為3.3V/5V邏輯電平輸出,。EPM7128同時還提供了JTAG接口,，可進行ISP編程，極大地方便了用戶,。

2. 電源設計

TMS320LF2407A的工作電壓是3.3V,，而系統(tǒng)中許多常用外圍器件的主要工作電壓通常都是5V，因此以TMS320LF2407A為核心構(gòu)成的應用系統(tǒng)必然是一個混合電壓系統(tǒng),。系統(tǒng)中不僅要求有3.3V的電源,，還要求有5V的電源。設計的目標就是減少所需電源的數(shù)目,，并減少產(chǎn)生這些電源電壓所需器件的數(shù)目,。為了減少多電源所需的額外器件的數(shù)目，不少廠家提供了產(chǎn)生多種電壓的芯片,。同時,，隨著技術(shù)的不斷進步，將會出現(xiàn)更多的低電壓器件,，從而逐漸消除對多電源的要求和產(chǎn)生這些電源的花費和復雜性,。 對于TMS320LF2407A應用系統(tǒng)而言，首先要解決的就是3.3V電源問題。解決3.3V電源通常有以下幾種方案,。

2.1 電阻分壓

利用電阻分壓的方法,，其原理如圖1所示。其成本比較低并且結(jié)構(gòu)簡單,，可以作為一種應急的方案,。但是，該電路實際的輸出電壓顯然要小于3.3V,，并且隨著負載的變化,，輸出電壓也會產(chǎn)生波動。此外,，這種電路的無功功耗也比較大,。

2.2 直接采用電源模塊

考慮到開關(guān)電源設計的復雜性，一些公司推出了基于開關(guān)電源技術(shù)的低電壓輸出電源模塊,。這些模塊可靠性和效率都很高，電磁輻射小,，而且許多模塊還可以實現(xiàn)電源隔離,。這些電源模塊使用方便，只需增加很少的外圍元件,，但是價格比較昂貴,。

2.3 利用線性穩(wěn)壓電源轉(zhuǎn)換芯片

線性穩(wěn)壓芯片是一種最簡單的電源轉(zhuǎn)換芯片，基本上不需要外圍元件,。但是傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器,，如LM317，要求輸入電壓比輸出電壓高2V或者更大,，否則就不能夠正常工作,。因此對于5V的輸入，輸出并不能夠達到3.3V,。面對低壓電源的需求,，許多電源芯片公司推出了低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)。這種電源芯片的壓差只有1.3V~0.2V,，可以實現(xiàn)5V轉(zhuǎn)3.3V的要求,。LDO所需的外圍器件數(shù)目少、使用方便,、成本較低,、紋波小、無電磁干擾,。例如,，TI公司的TPS73xx系列就是TI公司為配合DSP而設計的電源轉(zhuǎn)換芯片，其輸出電流可以達到500mA，且接口電路非常簡單,，只需接上必要的外圍電阻,，就可以實現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換。該系列分為固定電壓輸出的芯片和可調(diào)電壓輸出的芯片,，但這種芯片通常效率不是很高,。

綜合幾種電源的優(yōu)缺點，DSP系統(tǒng)采用LDO芯片TPS7333,。此芯片是TI公司專門為3.3V低壓系統(tǒng)設計的,，它是固定輸出3.3V，且有上電產(chǎn)生DSP系統(tǒng)復位所需的信號,。此外它輸出電流可達幾百毫安,，輸出功率完全能夠滿足系統(tǒng)所需。具體電路如圖2所示,。

3. TMS320LF2407A邏輯接口設計

3.1 各種電平的轉(zhuǎn)換標準

在進行DSP系統(tǒng)設計時,，除了DSP和CPLD本身外，還有很多外圍的模塊和芯片,，比如鍵盤顯示接口芯片（82C79）,、D/A、A/D,、I2C等,。這些可歸成兩類--輸入5V TTL電平和5V CMOS電平。因此就存在一個如何將DSP與這些芯片或模塊可靠接口的問題,。

圖3所列為5V CMOS,、5V TTL和3.3V TTL電平的轉(zhuǎn)換標準。其中,，VOH表示輸出高電平的最低電壓,，VIH表示輸入高電平的最低電壓，VIL表示輸入低電平的最高電壓,，VOL表示輸出低電平最高電壓,。從表1中可以看出，5V TTL和3.3V的轉(zhuǎn)換標準是一樣的,，而5V CMOS的轉(zhuǎn)換標準是不同的,。因此，在將3.3V系統(tǒng)與5V系統(tǒng)接口時,，必須考慮到兩者的不同,。

在混合電壓系統(tǒng)中，不同電源電壓的邏輯器件互相接口時存在以下幾個問題,。

① 加到輸入和輸出引腳上允許的最大電壓限制問題,。器件對加到輸入或者輸出腳上的電壓通常是有限制的,，這些引腳由二極管或者分離元件接到VCC。如果接入的信號電壓過高,，則電流將會通過二極管或者分離元件流向電源,。例如在3.3V器件的輸入端加上5V的信號，則5V電源會向3.3V電源充電,。持續(xù)的電流將會損壞二極管和其它電路元件,。

② 兩個電源間電流的互串問題。在等待或者掉電時,，3.3V電源降到0V,，大電流將流通到地。這使得總線上的高電壓被下拉到地,，引起數(shù)據(jù)丟失和元件損壞,。必須注意的是：不管在3.3V的工作狀態(tài)還是在0V的等待狀態(tài)，都不允許電流流向VCC,。

③ 接口輸入轉(zhuǎn)換門限問題,。用5V的器件驅(qū)動3.3V的器件有很多不同的情況，同樣TTL和CMOS間的轉(zhuǎn)換電平也存在著不同情況,。驅(qū)動器必須滿足接收器的輸入轉(zhuǎn)換電平,，并且要有足夠的容限以確保不損壞電路元件。

3.2 DSP（TMS320LF2407A）與5V電平接口的4種情形

在DSP混合電壓系統(tǒng)中,，有下面4種不同的情況需考慮：

① DSP（TMS320LF2407A）驅(qū)動5V TTL器件（直接相連）。由于 3.3V器件的VOH和VOL電平分別是2.4V和0.4V,，5V TTL器件的VIH 和VIL 電平分別是2V和0.8V,；而TMS320LF2407A實際上能輸出3V擺幅電壓，顯然5V TTL器件能夠正確識別TMS320LF2407A的輸入電平,。

② 5V TTL器件驅(qū)動TMS320LF2407A（不能直接連接）,。TMS320LF2407A的典型工作電壓是3.3V，其I／O口的電平也是3.3V,。在進行外圍接口設計時,，如果外圍器件的工作電壓是5V，其輸出電壓會大于DSP的電源電壓,，這樣就會向3.3V電源灌電流,，損壞TMS320LF2407A，所以這是絕對不可直接相連的,。由于CPLD（EMP7128）有5V容限,，所以可以與5V TTL器件直接連接。而CPLD（EPM7128）可以配置為3.3V輸出,，其輸出可以被TMS320LF2407A所接受,，所以TMS320LF2407A需經(jīng)過CPLD（EPM7128）才能與5V TTL器件相連，接受輸入信號。

③ 5V CMOS器件驅(qū)動TMS320LF2407A（需經(jīng)過EPM7128電平轉(zhuǎn)換）,。分析同上,，5V CMOS器件不可以直接驅(qū)動TMS320LF2407A。通過比較5V CMOS的VOH 和VOL以及3.3V的VIH 和VIL 的轉(zhuǎn)換電平可以看出,，雖然兩者存在一定的差別,，但是能夠承受5V電壓的3.3V器件可以正確識別5V器件送來的電平值。所以能夠承受5V電壓的3.3V 器件的輸入端可以直接與5V器件的輸出端接口,。CPLD（EPM7128）有5V容限,，故能直接與5V器件的輸出端接口，而它的輸出是3.3V TTL電平,，可以被DSP（TMS320LF2407A）接受,。

④DSP（TMS320LF2407A）驅(qū)動5V CMOS(不能直接相連)。3.3V與5V CMOS的電平轉(zhuǎn)換標準是不一樣的,。從圖3中可以看出,，3.3V輸出的高電壓的最低電壓值VOH = 2.4V(輸出的最高電壓可以達到3.3V)，而5V CMOS器件要求的高電平最低電壓VIH = 3.5V,，因此TMS320LF2407A的輸出不能直接驅(qū)動5V CMOS器件,。為此必須做些處理。最通用的方法就是,，使用電平接口轉(zhuǎn)換芯片實現(xiàn)3.3V與5V電平的相互轉(zhuǎn)換,。可以采用雙電壓（一邊是3.3V,，另一邊是5V）供電的雙向驅(qū)動器來實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換,。如TI的SN74ALVC164245、SN74ALVC4245等芯片,，可以較好地解決3.3V與5V電平的轉(zhuǎn)換問題,。也可以通過CPLD，利用CPLD輸出口設置OC(集電極開路),，外接一個電阻上拉到5V,，這樣就可以驅(qū)動5V CMOS器件，只是邏輯反向了而已,。

3.3 本系統(tǒng)所采用的轉(zhuǎn)換接口

由于EMP7128具有混合電壓特性,，VCCINT接5V，輸入口的邏輯電平范圍為TTL,，因此它能夠兼容3.3V/5V輸入,。輸出口的邏輯電平范圍為0V～VCCIO，VCCIO可以接3.3V或者5V,。本DSP系統(tǒng)就采用EMP7128作為邏輯電平轉(zhuǎn)換接口,，使輸入配置為5V,，輸出配置為3.3V，對于一些輸出驅(qū)動5V COMS器件的IO口,，配置輸出口為OC門,，外接上拉電阻，拉到5V電壓,，只是編程中要注意輸出口的邏輯反向,。系統(tǒng)電路原理圖如圖4所示：

4. 結(jié)論

經(jīng)過實際應用證明應用CPLD（EMP7128）配置輸入引腳兼容3.3V/5V邏輯電平和輸出為3.3V/5V邏輯電平，使DSP（TMS320LF2407A）系統(tǒng)可以與5V TTL和5V COMS電平順利接口,。經(jīng)過CPLD（EMP7128）使DSP（TMS320LF2407A）的3.3V電壓系統(tǒng)與5V器件構(gòu)成一個混合電壓系統(tǒng),，確保了系統(tǒng)的安全性及可靠性，并且由于EPM7128的可編程特性使得系統(tǒng)連接具有易改性和保密性,。