CN102857210A - 不同电压标准lvcmos信号直接互连方法 - Google Patents
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Abstract
不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法包括：将第一芯片的具有第一电压标准的输出信号依次通过第一缓冲电路、第一分压电阻器、传输线路、第二缓冲电路，输入至第二芯片的具有第二电压标准的LVCMOS接口，第一电压标准小于第二电压标准；将第二分压电阻器的第一端连接至输出电压值等于第二电压标准的电源，将第二分压电阻器的第二端连接至第二缓冲电路的输入端；将第三芯片的具有第二电压标准的输出信号依次通过第三缓冲电路、第二分压电阻器、传输线路、第一分压电阻器、第四缓冲电路，输入至第四芯片的具有第一电压标准的LVCMOS接口；将第四分压电阻器的第一端连接至输出电压值等于第一电压标准的电源，将第四分压电阻器的第二端连接至第四缓冲电路的输入端。
Description
技术领域
本发明涉及数字电路设计领域，更具体地说，本发明涉及一种不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法。
背景技术
数字系统的设计实现中，由于系统需要、技术成熟度、设计习惯和成本控制等原因，会使用多种类型LVCMOS（低压CMOS，低压互补金属氧化物半导体）接口。然而，这些LVCMOS接口类型所使用的电压标准不尽相同；例如，LVCMOS接口类型所使用的电压标准包括3.3V、2.5V、1.8V等。
由于具有不同电压标准的接口的电路不能直接互连，所以，具有不同电压标准类型的LVCMOS接口的互连成为了一个需要解决的问题。
通常，在现有技术中，具有不同电压标准的LVCMOS接口的互连的解决方案采用电压转换芯片，以便将不同电源电压的信号转换成所需的电平。
但是，采用电压转换芯片，对于系统设计而言，增加了PCB（印制电路板，印刷电路板）上的器件数量，占用了布局空间，增大了设计的布局压力。而且，对于高速信号而言，会引入信号额外延迟，需要额外补偿。由此，对于高速信号而言，信号的时序关系需要从新评估和计算，这样就会给链路带来其他不确定性。此外，采用电压转换芯片同时还会增加成本。更重要的是，采用电压转换芯片的解决方案只能解决单向信号的问题，对于双向信号无法处理。
因此，希望提供一种能够解决不同电压标准的LVCMOS接口的输入、输出和双向信号的互连问题的互连方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种能够解决不同电压标准的LVCMOS接口的输入、输出和双向信号的互连问题的互连方法。
根据本发明的第一方面，提供了一种不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法，其包括：将第一芯片的具有第一电压标准的输出信号依次通过第一缓冲电路、第一分压电阻器、传输线路、第二缓冲电路，输入至第二芯片的具有第二电压标准的LVCMOS接口，其中第一电压标准小于第二电压标准；将第二分压电阻器的第一端连接至输出电压值等于第二电压标准的电源，并且将第二分压电阻器的第二端连接至第二缓冲电路的输入端。
优选地，第一电压标准为1.8V，第二电压标准为2.5V。
优选地，所述不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法还包括：根据第一电压标准的电压值、第二电压标准的电压值、第一芯片及其第一缓冲电路的输出电阻、传输线电阻以及其第二芯片及其第二缓冲电路的输入电阻来确定第一分压电阻器和第二分压电阻器的电阻值的大小。
根据本发明的第二方面，提供了一种不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法，其包括：将第一芯片的具有第一电压标准的输出信号依次通过第一缓冲电路、第一分压电阻器、传输线路、第二缓冲电路，输入至第二芯片的具有第二电压标准的LVCMOS接口，其中第一电压标准大于第二电压标准；将第二分压电阻器的第一端接地，并且将第二分压电阻器的第二端连接至第二缓冲电路的输入端。
优选地，第一电压标准为2.5V，第二电压标准为1.8V。
优选地，所述不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法还包括：根据第一电压标准的电压值、第二电压标准的电压值、第一芯片及其第一缓冲电路的输出电阻、传输线电阻以及其第二芯片及其第二缓冲电路的输入电阻来确定第一分压电阻器和第二分压电阻器的电阻值的大小。
根据本发明的第三方面，提供了一种不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法，其包括：将第一芯片的具有第一电压标准的输出信号依次通过第一缓冲电路、第一分压电阻器、传输线路、第二缓冲电路，输入至第二芯片的具有第二电压标准的LVCMOS接口，其中第一电压标准小于第二电压标准；将第二分压电阻器的第一端连接至输出电压值等于第二电压标准的电源，并且将第二分压电阻器的第二端连接至第二缓冲电路的输入端；将第三芯片的具有第二电压标准的输出信号依次通过第三缓冲电路、第二分压电阻器、传输线路、第一分压电阻器、第四缓冲电路，输入至第四芯片的具有第一电压标准的LVCMOS接口；将第四分压电阻器的第一端连接至输出电压值等于第一电压标准的电源，并且将第四分压电阻器的第二端连接至第四缓冲电路的输入端。
优选地，第一电压标准为2.5V，第二电压标准为1.8V。
优选地，所述不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法还包括：根据第一电压标准的电压值、第二电压标准的电压值、第一芯片及其第一缓冲电路的输出电阻、传输线电阻、第二芯片及其第二缓冲电路的输入电阻、第三芯片及其第三缓冲电路的输入电阻、第四芯片及其第四缓冲电路的输入电阻，确定第一分压电阻器、第二分压电阻器、第三分压电阻器以及其第四分压电阻器的电阻值的大小。
本发明的不同电压标准的LVCMOS接口的直接互连的解决方案，能够在不采用其他有源器件的情况下，实现两种不同电压标准的LVCMOS信号的直接互连、不同电压标准的LVCMOS接口的直接互连，解决了采用额外器件时无法处理双向信号的难题，并且节省了PCB的布局空间，提高了互连的可靠性，减小了信号的传输延迟，降低了产品的成本，能够支持更高的信号传输速率。因此，本发明的不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法具有可靠、经济、高效的优点。
附图说明
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
图1示意性地示出了1.8V的LVCOMS信号驱动2.5V的LVCMOS信号的情况的电压波形。
图2示意性地示出了根据本发明第一实施例的不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法。
图3示意性地示出了2.5V的LVCOMS信号驱动1.8V的LVCMOS信号的情况的电压波形。
图4示意性地示出了根据本发明第二实施例的不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法。
图5示意性地示出了根据本发明第三实施例的不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法。
需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
以2.5V（第一电压标准）的第一LVCMOS接口电路与1.8V（第二电压标准）的第二LVCMOS接口电路的互连方案为例，本发明的优选实施例提供一种通过无源器件（电阻）分压完成2.5V的LVCMOS接口电路与1.8V的LVCMOS接口电路的互连方案，能够完美解决输入、输出和双向信号的互连问题。
采用分压的方法完成2.5V的LVCMOS和1.8V的LVCOMS的互连设计方案分成3中情况：第一种情况，1.8V的LVCOMS信号驱动2.5V的LVCMOS信号；第二种情况，2.5V的LVCMOS信号驱动1.8V第LVCMOS信号；第三种情况，双向信号互连。
下面将具体描述上述三种情况。虽然以2.5V作为第一电压标准并以1.8V作为第二电压标准描述了本发明的原理，但是，可以理解的是，第一电压标准和第二电压标准并不限于上述电压值，而是可以是任意其它适当的电压值。
<第一实施例：1.8V的LVCOMS信号驱动2.5V的LVCMOS信号的情况>
图1示意性地示出了1.8V的LVCOMS信号驱动2.5V的LVCMOS信号的情况的电压波形。
如图1所示，1.8V的LVCOMS信号的输出有效低电压Vol（max）=0.45V，输出有效高电压Voh（max）=1.35V；2.5V的LVCMOS信号的输入有效低电压Vil（max）=0.7V，输入有效高电压Vih（max）=1.7V。
这种情况下，如果不采取任何措施而直接相连，产生的主要问题是1.8V的LVCOMS信号无法有效驱动2.5V的LVCMOS接口。
图2示意性地示出了根据本发明第一实施例的不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法。
如图2所示，根据本发明第一实施例的不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法包括：
将第一芯片C1的具有第一电压标准（本示例中为1.8V）的输出信号依次通过第一缓冲电路Buffer1、第一分压电阻器R1、传输线路、第二缓冲电路Buffer2，输入至第二芯片C2的具有第二电压标准（本示例中为2.5V）的LVCMOS接口，其中第一电压标准（1.8V）小于第二电压标准（2.5V）；
将第二分压电阻器R2的第一端连接至第二芯片C2的输出电压值等于第二电压标准（2.5V）的电源，并且将第二分压电阻器R2的第二端连接至第二缓冲电路Buffer2的输入端。
发明人对上述电路进行了仿真（仿真条件为：传输线阻抗50欧姆，源端串联33欧姆终端上拉330欧姆，即第一分压电阻器R1的电阻值为33欧姆，第二分压电阻器R2的电阻值为330欧姆），并且仿真结果表明，上述电路采用源端串匹和终端上拉的方法，牺牲部分低电平余量，提高高电平余量；而且，接收端高低电平均有200mV左右的余量，能够满足2.5V的LVCMOS接口电平的要求。同时提高了高低电平的余量，保证了传输的可靠性。即，在根据本发明第一实施例的不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法中，通过采用源端串匹和终端上拉，能够有效提高高低电平的余量，保证了传输的可靠性。
其中，优选地，可根据第一电压标准的电压值、第二电压标准的电压值、第一芯片C1及其第一缓冲电路Buffer1的输出电阻、传输线电阻R0以及其第二芯片C2及其第二缓冲电路Buffer2的输入电阻来确定第一分压电阻器R1和第二分压电阻器R2的电阻值的大小。具体地说，对于第一分压电阻器R1和第二分压电阻器R2的电阻值的大小，可根据第一电压标准的电压值、第二电压标准的电压值、第一芯片C1、第二芯片C2以及传输线电阻R0的具体情况（例如，第一芯片C1及其第一缓冲电路Buffer1的输出电阻、传输线电阻R0以及其第二芯片C2及其第二缓冲电路Buffer2的输入电阻），例如通过信号仿真确定。
具体地说，低电压信号驱动高电压信号（例如1.8V信号驱动2.5V信号）的关键是将低电压信号的低电平拉高。因此，这个地方采用上拉电阻与前面的串阻分压，拉高低电平，同时确保低电平不能超过输出规范上限，而且留出一定余量。由此，例如，对于电阻值的选择方法，可采用Vil=2.5V*R1/(R1+R2)来进行计算；其中，第一分压电阻器R1通常还要充当串联匹配电阻角色，因此R1通常可以取10欧姆到30欧姆范围内。第二分压电阻器R2根据公式，在适当范围内选择电阻值。
<第二实施例：2.5V的LVCMOS信号驱动1.8V第LVCMOS信号的情况>
图3示意性地示出了2.5V的LVCOMS信号驱动1.8V的LVCMOS信号的情况的电压波形。
如图3所示，2.5V的LVCOMS信号的输出有效低电压Vol（max）=0.4V，输出有效高电压Voh（max）=1.9V；1.8V的LVCMOS信号的输入有效低电压Vil（max）=0.63V，输入有效电压Vih（max）=1.17V，输入有效高电压Vih（max）=1.98V。
这种情况下，如果不采取任何措施而直接相连，产生的主要问题是2.5V的输出高电平超出了1.8V输入高电平的上限，可能造成器件的损坏，影响可靠性。
图4示意性地示出了根据本发明第二实施例的不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法。
如图4所示，根据本发明第二实施例的不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法包括：
将第一芯片C1的具有第一电压标准（本示例中为2.5V）的输出信号依次通过第一缓冲电路Buffer1、第一分压电阻器R1、传输线路、第二缓冲电路Buffer2，输入至第二芯片C2的具有第二电压标准（本示例中为1.8V）的LVCMOS接口，其中第一电压标准（2.5V）大于第二电压标准（1.8V）；
将第二分压电阻器R2的第一端接地gnd，并且将第二分压电阻器R2的第二端连接至第二缓冲电路Buffer2的输入端。
发明人对上述电路进行了仿真（仿真条件为：传输线阻抗50欧姆，源端串联33欧姆电阻，终端并联150欧姆电阻，即第一分压电阻器R1的电阻值为33欧姆，第二分压电阻器R2的电阻值为150欧姆），并且仿真结果表明，上述电路通过分压，达到了对第一电压标准的输出信号进行限幅的目的，使得第一电压标准的输出信号能够满足第二电压标准的接口的输入信号要求，并且信号质量良好。
也就是说，在根据本发明第二实施例的不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法中，通过分压，达到了对第一电压标准的输出信号进行限幅的目的，使得第一电压标准的输出信号能够满足第二电压标准的接口的输入信号要求，并且信号质量良好。其中，在上述具体示例中，通过电阻器件的分压效果解决了2.5V的LVCMOS信号与1.8V的LVCMOS信号直连的问题。
其中，优选地，可根据第一电压标准的电压值、第二电压标准的电压值、第一芯片C1及其第一缓冲电路Buffer1的输出电阻、传输线电阻R0以及其第二芯片C2及其第二缓冲电路Buffer2的输入电阻来确定第一分压电阻器R1和第二分压电阻器R2的电阻值的大小。具体地说，对于第一分压电阻器R1和第二分压电阻器R2的电阻值的大小，可根据第一电压标准的电压值、第二电压标准的电压值、第一芯片C1、第二芯片C2以及传输线电阻R0的具体情况（例如，第一芯片C1及其第一缓冲电路Buffer1的输出电阻、传输线电阻R0以及其第二芯片C2及其第二缓冲电路Buffer2的输入电阻），通过信号仿真确定。
具体地说，高电压信号驱动低电压信号（例如2.5V信号驱动1.8V信号）的关键是将高电压信号的高电平拉低，因此这个地方采用下拉电阻与前面的串阻分压，拉低高电平，同时确保高电平不能超过输出规范下限，而且留出一定余量。电阻的选择方法，Vil=1.8*R1/(R1+R2)，第一分压电阻器R1通常还要充当串联匹配电阻角色，因此第一分压电阻器R1通常可以取10欧姆到30欧姆范围内。第二分压电阻器R2根据公式在适当范围内选择电阻值。
<第三实施例：双向互连>
图5示意性地示出了根据本发明第三实施例的不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法。
如图5所示，根据本发明第三实施例的不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法包括：
将第一芯片C1的具有第一电压标准（本示例中为2.5V）的输出信号依次通过第一缓冲电路Buffer1、第一分压电阻器R1、传输线路、第二分压电阻器R2、第二缓冲电路Buffer2，输入至第二芯片C2的具有第二电压标准（本示例中为1.8V）的LVCMOS接口，其中第一电压标准（2.5V）大于第二电压标准（1.8V）；
将第三分压电阻器R3的第一端接地gnd，并且将第二分压电阻器R2的第二端连接至第二缓冲电路Buffer2的输入端；
将第三芯片C3的具有第二电压标准（本示例中为1.8V）的输出信号依次通过第三缓冲电路Buffer3、第二分压电阻器R2、传输线路、第一分压电阻器R1、第四缓冲电路Buffer4，输入至第四芯片C4的具有第一电压标准（本示例中为2.5V）的LVCMOS接口；
将第四分压电阻器R4的第一端连接至输出电压值等于第一电压标准（本示例中为2.5V）的电源，并且将第四分压电阻器R4的第二端连接至第四缓冲电路Buffer4的输入端。
由此，根据本发明第三实施例的不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法将根据本发明第一实施例的不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法以及根据本发明第二实施例的不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法结合起来，形成了可实现不同电压标准LVCMOS信号直接双向互连的方案。
其中，优选地，对于第一分压电阻器R1、第二分压电阻器R2、第三分压电阻器R3以及其第四分压电阻器R4的电阻值的大小，可根据第一电压标准的电压值、第二电压标准的电压值、第一芯片C1、第二芯片C2、第三芯片C3以及其第四芯片C4、传输线电阻R0的具体情况（例如，第一芯片C1及其第一缓冲电路Buffer1的输出电阻、传输线电阻R0、第二芯片C2及其第二缓冲电路Buffer2的输入电阻、第三芯片C3及其第三缓冲电路Buffer3的输入电阻、第四芯片C4及其第四缓冲电路Buffer4的输入电阻），通过信号仿真确定。
双向互连可以根据输入和输出互连时的电阻分别选择，然后通过仿真的方法，调整各个电阻的阻值。其基本思想与前面第一及第二实施例的输入输出情况的分析的是相同的，本质上还是可以通过欧姆定理进行计算。
<技术效果>
本发明的不同电压标准的LVCMOS接口的直接互连的解决方案，能够在不采用其他有源器件的情况下，实现两种不同电压标准的LVCMOS信号（LVCMOS接口）的直接互连，解决了采用额外器件时无法处理双向信号的难题，并且节省了PCB的布局空间，提高了互连的可靠性，减小了信号的传输延迟，降低了产品的成本，能够支持更高的信号传输速率。因此，本发明的不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法具有可靠、经济、高效的优点。
此外，需要说明的是，说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (9)
1.一种不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法，其特征在于包括：
将第一芯片的具有第一电压标准的输出信号依次通过第一缓冲电路、第一分压电阻器、传输线路、第二缓冲电路，输入至第二芯片的具有第二电压标准的LVCMOS接口，其中第一电压标准小于第二电压标准；
将第二分压电阻器的第一端连接至输出电压值等于第二电压标准的电源，并且将第二分压电阻器的第二端连接至第二缓冲电路的输入端。
2.根据权利要求1所述的不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法，其特征在于，第一电压标准为1.8V，第二电压标准为2.5V。
3.根据权利要求1或2所述的不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法，其特征在于还包括：根据第一电压标准的电压值、第二电压标准的电压值、第一芯片及其第一缓冲电路的输出电阻、传输线电阻以及其第二芯片及其第二缓冲电路的输入电阻来确定第一分压电阻器和第二分压电阻器的电阻值的大小。
4.一种不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法，其特征在于包括：
将第一芯片的具有第一电压标准的输出信号依次通过第一缓冲电路、第一分压电阻器、传输线路、第二缓冲电路，输入至第二芯片的具有第二电压标准的LVCMOS接口，其中第一电压标准大于第二电压标准；
将第二分压电阻器的第一端接地，并且将第二分压电阻器的第二端连接至第二缓冲电路的输入端。
5.根据权利要求4所述的不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法，其特征在于，第一电压标准为2.5V，第二电压标准为1.8V。
6.根据权利要求4或5所述的不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法，其特征在于还包括：根据第一电压标准的电压值、第二电压标准的电压值、第一芯片及其第一缓冲电路的输出电阻、传输线电阻以及其第二芯片及其第二缓冲电路的输入电阻来确定第一分压电阻器和第二分压电阻器的电阻值的大小。
7.一种不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法，其特征在于包括：
将第一芯片的具有第一电压标准的输出信号依次通过第一缓冲电路、第一分压电阻器、传输线路、第二缓冲电路，输入至第二芯片的具有第二电压标准的LVCMOS接口，其中第一电压标准小于第二电压标准；
将第二分压电阻器的第一端连接至输出电压值等于第二电压标准的电源，并且将第二分压电阻器的第二端连接至第二缓冲电路的输入端；
将第三芯片的具有第二电压标准的输出信号依次通过第三缓冲电路、第二分压电阻器、传输线路、第一分压电阻器、第四缓冲电路，输入至第四芯片的具有第一电压标准的LVCMOS接口；
将第四分压电阻器的第一端连接至输出电压值等于第一电压标准的电源，并且将第四分压电阻器的第二端连接至第四缓冲电路的输入端。
8.根据权利要求7所述的不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法，其特征在于，第一电压标准为2.5V，第二电压标准为1.8V。
9.根据权利要求7或8所述的不同电压标准LVCMOS信号直接互连方法，其特征在于还包括：根据第一电压标准的电压值、第二电压标准的电压值、第一芯片及其第一缓冲电路的输出电阻、传输线电阻、第二芯片及其第二缓冲电路的输入电阻、第三芯片及其第三缓冲电路的输入电阻、第四芯片及其第四缓冲电路的输入电阻，确定第一分压电阻器、第二分压电阻器、第三分压电阻器以及其第四分压电阻器的电阻值的大小。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130102 |