[펌] 5V -> 3.3V DSP IO port 전압 회로 참고

< 결론 정리 >

5V 출력 신호가 DSP의 3.3V IO port 에 입력되는 경우는 아래와 같이 크게 4가지 경우로 나눌 수 있다.

 

DSP의 3.3V IO port 에 입력되는 5V 출력 신호의 종류	solution
① 5V TTL 출력	단점: 저항이 커지면 RC 회로에 의한 시간지연이 커짐
② 5V CMOS 출력	분압회로를 이용하여  입력신호를 약 2.9V 이하로 drop
③ open-collector	풀업 저항 사용
④ open-drain	풀업 저항 사용

 

 

< 첨부파일 >

TEXAS INSTRUMENTS - Application Reports (SPRA550)

3.3V DSP for Digital Motor Control

spru791f.pdf

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+5V TTL 레벨의 신호를 +3.3V형의 DSP에 접속하는 방법

[출처] +5V TTL 레벨의 신호를 +3.3V형의 DSP에 접속하는 방법|작성자 어리버리

 

 

마이크로프로세서가 처음 등장하였을 때부터 최근까지는 마이크로프로세서 및 그 주변회로에 모두 +5V 전압을 기본으로 하는 로직회로가 사용되었다. 그러나, 최근에 이르러 일반 마이크로프로세서에서는 물론 DSP 분야까지도 3.3V의 저전압에서 동작하는 방식이 점차 많아지고 있으며, 심지어는 1.8V형 소자까지 개발되고 있다. 물론 이렇게 저전압 논리소자를 사용하는 것은 소비전력을 감소시킬 수 있는 장점 때문이다. 물론 이러한 저전압형 마이크로프로세서를 전력제어나 서보제어에 응용하는 경우에는 잡음 여유(noise margin)이 작아지므로 불리할 수도 있으나 이는 여러가지 방법으로 극복될 수 있다.
이에 따라 마이크로프로세서의 주변회로를 구성하는 소자들도 이러한 소자에 문제없이 접속될 수 있도록 3.3V형이 개발되고 있으나, 아직은 그 종류가 많지 않으므로 때로는 5V로 동작하는 논리소자(TTL 또는 CMOS)와 3.3V로 동작하는 논리소자(DSP)를 직접 인터페이스하게 되는 경우가 있다. 이러한 경우에는 양측의 전압차에 의하여 회로적으로 문제가 되지 않도록 세심하게 설계하여 접속하지 않으면 시스템의 동작이나 수명에 큰 영향을 미칠 수 있다.
여기서는 이렇게 5V 논리소자와 3.3V 논리소자를 접속하는 경우에 여러가지의 상황에 따라서 올바르게 처리해 주는 방법을 요약하여 설명하고자 한다.

(1) 5V TTL 출력을 3.3V CMOS형의 DSP 입력에 접속하는 경우 - <그림 1>
TTL이 허용가능한 최대 전원전압 5.25V에서 동작할 때 무부하에서 약 4.05V의 H상태 출력전압을 나타내며, 정격부하에서는 약 3.4V가 된다. 한편, 3.3V형의 DSP에는 최대로 허용되는 H상태의 입력신호가 Vcc + 0.3V이며, 따라서 Vcc가 가장 낮은 3.0V일 경우에 TTL 출력과 DSP 입력에서의 H상태 전압차는 최대 0.75V에 이른다.
이로부터 만약 입력신호의 전류를 75uA 이하로 억제하려면 TTL 출력과 DSP의 입력단 사이에는 10kΩ의 저항을 직렬로 삽입해야 한다. 그러나, 이것은 신호의 RC 지연을 야기하며, 이 값은 DSP의 입력단 정전용량이 5pF라면 10K×5pF = 50nS에 이른다. 이와 같이 저항이 커지면 전류값은 억제되나 신호의 시간지연이 커지고 내잡음성이 나빠진다.

(2) 5V CMOS 출력을 3.3V CMOS형의 DSP 입력에 접속하는 경우 - <그림 2>
CMOS가 허용가능한 최대 전원전압 5.25V에서 동작할 때 무부하에서 약 5.25V의 H상태 출력전압을 나타내며, 따라서 Vcc가 가장 낮은 3.0V일 경우에 TTL 출력과 DSP 입력에서의 H상태 전압차는 최대 1.95V에 이른다.
이로부터 입력신호를 3.3V 이하로 억제하려면 저항에 의한 분압회로를 사용하는 것이 바람직하다. 이것을 그림 2에서와 같이 R1=18K, R2=22K로 구성하면 입력신호는 약 2.9V 이하로 억제된다.

(3) 개방 콜렉터 또는 개방 드레인 출력을 3.3V CMOS형의 DSP 입력에 접속하는 경우 - <그림 3, 4>
개방 콜렉터(open-collector)형의 TTL이나 개방 드레인(open-drain)형의 CMOS 출력을 3.3V의 DSP에 접속하는 경우는 풀업저항을 3.3V의 전원에 접속하면 간단히 해결된다. 이 경우에도 풀업저항을 크게하면 입력신호의 상승시간(rising time)이 느려진다.

<참고자료> TI사의 Application Report : 3.3V DSP for Digital Motor Control

[출처] +5V TTL 레벨의 신호를 +3.3V형의 DSP에 접속하는 방법|작성자 어리버리