
CMOS输出的晶振能接LVTTL逻辑吗?
可以,但通常需要串联一个电阻。
一、电平标准回顾
CMOS输出晶振: 通常指输出电平符合CMOS逻辑标准的晶振。对于3.3V供电的晶振,其输出高电平(Voh)非常接近3.3V,低电平(Vol)非常接近0V。它的输出驱动能力较强,边沿非常陡峭。
LVTTL输入: 低电压TTL逻辑。其输入阈值电压大致为:
Vil(输入低电平最大值):约 0.8V
Vih(输入高电平最小值):约 2.0V
它的输入结构通常有钳位二极管,用于保护以防止输入电压过冲。
二、直接连接可能存在的问题
虽然从电压幅值上看,3.3V的CMOS高电平(~3.3V)高于LVTTL的Vih(2.0V),低电平(0V)低于LVTTL的Vil(0.8V),看似完全兼容,但存在一个潜在风险:
过冲和振铃
CMOS输出具有很快的边沿速率(上升/下降时间很短),而PCB走线存在寄生电感和电容。当快速变化的信号通过长走线传输时,容易产生信号完整性问题,如过冲和振铃。
过冲: 信号上升时,电压可能会瞬间超过电源电压(3.3V)。
风险: LVTTL输入的钳位二极管会将高于 VCC(比如3.3V)的电压钳位到 VCC + 0.3V ~ 0.7V。如果过冲幅度很大或持续时间较长,可能会导致:
电流过冲: 较大的电流持续流过钳位二极管,进入电源。
器件应力: 长期工作可能对LVTTL输入的芯片造成应力,甚至损坏。
系统不稳定: 强烈的振铃可能导致错误的逻辑电平判断。
三、推荐的连接方法:串联电阻
最简单的解决方案是在CMOS晶振的输出端和LVTTL的输入端之间串联一个小的电阻,例如22Ω~100Ω。
这个串联电阻的作用:
阻尼电阻: 它与走线的特征阻抗、负载的输入电容共同作用,形成一个RC低通滤波电路,可以减缓信号的边沿,从而有效抑制过冲和振铃。
限流电阻: 如果发生过冲,它可以限制流入LVTTL输入端钳位二极管的电流,起到保护作用。
如何选择电阻值?
典型值: 22欧姆、33欧姆或47欧姆是非常常见和保险的选择。
原则: 电阻值不能太大,否则会过度减缓边沿,导致信号上升/下降时间太长,在高速频率下可能使信号无法达到有效的逻辑高/低电平。
方法:
对于大多数几MHz到上百MHz的晶振,一个33Ω的电阻是一个很好的尝试起点。如果条件允许,最好用示波器观察波形,调整电阻值,直到获得一个清晰、过冲在可接受范围内的时钟信号。
四、 其他情况考虑
如果CMOS晶振是5V供电,而LVTTL芯片是3.3V供电:绝对不能直接连接!5V的高电平会远超过3.3V LVTTL芯片的绝对最大额定值,很可能永久性损坏芯片。
解决方案:
1、 使用电平转换器: 这是最标准、最安全的方法。
2、 电阻分压: 用两个电阻组成分压电路,将5V输出降低到3.3V电平。但这会影响边沿速度并增加设计复杂度。
3、 选择3.3V供电的CMOS晶振: 这是最简单的办法。
因此在设计中,如果CMOS晶振和LVTTL芯片是同电压供电(例如都是3.3V),建议在信号线上串联一个小电阻,这是保证系统长期稳定可靠运行的最佳方式。
