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            如何保護(hù)FPGA輸入端的齊納二極管

            作者: 時(shí)間:2011-07-01 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
            雖然5V電源邏輯在很多應(yīng)用中仍很常見(jiàn),但大多數(shù)都支持3.3V以及更低的接口電平。應(yīng)用說(shuō)明通常建議,當(dāng)把一只連接到較高電壓電平時(shí),F(xiàn)PGA的I/O塊中要用PCI(外設(shè)部件互連)總線(xiàn)箝位二極管,并外接一只串聯(lián)限流電阻,以防止損壞FPGA(圖1)。PCI箝位二極管會(huì)將電壓限制在不致?lián)p壞輸入端的電平,而電阻則將電流限制在一個(gè)不會(huì)損害PCI箝位二極管的安全水平。這種方案在低速信號(hào)的設(shè)計(jì)中工作良好。

              不過(guò),當(dāng)將此方案用于較高速率信號(hào)時(shí),寄生RC濾波器的效應(yīng)就會(huì)使信號(hào)失真(圖2)。FPGA應(yīng)用說(shuō)明中的電路需要做個(gè)變動(dòng),無(wú)需重新設(shè)計(jì)PCB(印刷電路板)就可以完成這個(gè)變動(dòng)。本例用一只替代了電阻,用于轉(zhuǎn)換信號(hào)電平,而不會(huì)造成明顯的失真(圖3)。與PCI箝位二極管和內(nèi)部上拉電阻一起工作,設(shè)定了輸入端的電壓電平。

              要設(shè)定輸入端的靜態(tài)電平,必須使能FPGA的內(nèi)部上拉電阻,以防止當(dāng)輸入端持續(xù)為高時(shí),PCI箝位二極管被過(guò)度驅(qū)動(dòng)。上拉電阻的電流小于的額定電流。另外,低壓齊納二極管的雪崩IV(電流-電壓)曲線(xiàn)中還有圓滑的“拐點(diǎn)”(knee)。

              此曲線(xiàn)表明齊納電壓低于額定值,因此需要使用一個(gè)較高電壓的齊納二極管。二極管還應(yīng)有小的電容。Comchip公司的CZRU52C3是一只3V的齊納二極管,它能正常工作,使電路電壓降低2V(圖4)。

              齊納二極管中的某些寄生效應(yīng)會(huì)給波形帶來(lái)其他失真。二極管有寄生電容,它使二極管開(kāi)始看似與5V驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)沿有一個(gè)短路。FPGA管腳會(huì)看到一個(gè)大約10 ns的高壓過(guò)沖,快速地衰減到輸入腳的額定電平。管腳電容與下拉電阻的RC時(shí)間常數(shù)產(chǎn)生一個(gè)到最終值的較慢下降,速率由齊納二極管和下拉電阻所決定。圖5給出了前沿的詳圖。



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