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初版设计
此电路的应用场景在于将LCD屏幕连接到FPGA上,进而通过FPGA中设计的硬件电路来驱动LCD屏幕,验证数字硬件电路设计的正确性。因此需要一个转接板位于FPGA和LCD屏幕之间,将二者连接起来。
转接板的硬件电路设计主要存在以下需求:
- 实现3.3V和1.8V之间的同时双向逻辑转换(LCD屏幕电平为3.3V,FPGA电平为1.8V)
逻辑转换速度为20MHz以上
- 同时支持Open Drain(Touch相关的PIN)和Push-pull
- 同时支持至少6 port逻辑转换
因此选型选择了LSF0108Q1,因为其具有如下特性:
- 支持1.8V和3.3V之间的双向电平转换,且无需DIR Pin。
- 最高速率可达到100MHz(≤30pF load)或40MHz(≤50pF load)
- 同时支持Open Drain和Push-Pull
- 最大支持8个port同时工作。
因此初版电路设计如下所示:(1.8V和3.3V都是通过LDO来供电的)
测试出现的问题1
1.8V的电压被倒灌,变成了2.3V(2.18V)左右,此时倒灌电流为1.5uA左右。
解决问题(尝试1)
分析:既然1.8V被倒灌,则可以在1.8V LDO output的位置增加一个并联电阻到GND,给倒灌电流一个泄放路径,让1.8V LDO output正常。这个并联电阻目前暂定为200K
实验结果: 此时1.8V电压正常,实际测试结果为1.788V
倒灌电流仍然存在,目前为3.4uA左右。
测试出现的问题2
3.3V side |
1.8V side |
驱动GND |
接收GND |
驱动3.3V |
接收1.938V(有问题) |
接收GND |
驱动GND |
接收1.787V(有问题) |
驱动1.8V |
由上可知
- 低电平GND可以实现双向互传
- 1.8V side驱动高电平无法让3.3V side电平抬升至3.3V
- 3.3V side驱动高电平会导致1.8V side电平过高
解决问题2-1
分析:1.8V side驱动时,无法让3.3Vside抬升至3.3V
尝试给3.3V side单个Port增加上拉电阻200Ω,将其上拉至3.3V。
此时虽然可以通过1.8V驱动,让3.3V side获得高电平。但是此时量测1.8V side,本身的驱动电流被抬升至2.0V。
解决问题2-2
抬升肯定是电流倒灌引起的,因此量测倒灌电流的来源,来自Vref_A的倒灌电流为1.6uA,来自单个Port的倒灌电流为5.6uA。同样的方式,来自Port的倒灌电流太大,则尝试在1.8V side下拉,连接并联电阻组成泄放回路。初步尝试泄放电阻为200K。
结论:200K太大了,此时只降低到了1.9V,因此在此降低电阻,选择24K,此时降低到了1.787V。基本正常
单Port测试结果
Driver |
Receiver |
||
Driver |
量测电压 |
Receiver |
量测电压 |
3.3V side |
H(3.311-3.326) |
1.8V side |
H(1.737-1.738) |
3.3V side |
L(3.311-0.005) |
1.8V side |
L(1.737-0.006) |
1.8V side |
H(1.738-1.786) |
3.3V side |
H(3.311-3.322) |
1.8V side |
L(1.738-0.005) |
3.3V side |
L(3.311-0.067) |
由上表可知:
- 当双方均没有驱动时,1.8Vside的电压恒定为1.737V,3.3V side的电压恒定为3.311V
- 1.8V作为Driver时,可以正常驱动高电平和低电平,并不会引起Driver方的电压异常,在Recevier方也能正常收到对应3.3V的电平
- 3.3V作为Driver时,可以正常驱动高电平和低电平,并不会引起Driver方的电压异常,在Recevier方也能正常收到对应1.8V的电平
至此,单Port调试完毕,按照上述的电阻阻值,将剩余的Port均增加上拉(3.3V side)和下拉电阻(1.8V side),检查能否正常工作。
所有Port均连接测试结果
Driver |
Receiver |
||
Driver |
量测电压 |
Receiver |
量测电压 |
3.3V side |
H(3.310-3.325) |
1.8V side |
H(1.737-1.738) |
3.3V side |
L(3.310-0.006) |
1.8V side |
L(1.737-0.006) |
1.8V side |
H(1.737-1.786) |
3.3V side |
H(3.310-3.320) |
1.8V side |
L(1.737-0.006) |
3.3V side |
L(3.310-0.067) |
至此所有port均增加了上下拉,且所有port功能一切正常,各个port之间互不干扰,可以独立正常工作,debug流程结束。