Interface TTL (5V) e CMOS (3.3V)

[Jozias del Rios]

Problema:

Como interfacear um microcontrolador alimentado com 5V com outro alimentado por 3V3, da maneira mais econômica...

Os chips, no caso, são dois Coldfire V1 MCF51JM32.

5V out -> 3V3 in:
colocaria um resistor em série, digamos 10K.
Teria problemas de latch up?
Posso fazer essa ligação?
Degrado a velocidade da porta? (RC timing)
Obs: O microcontrolador não suporta mais que a sua tensão de alimentação nas portas. Há diode-clamp para Vss e Vdd.

5V in <- 3V3 out:
um sinal de 3.3V não atinge o Minimum Input High Voltage do microcontrolador alimentado por 5V.
Então nesse caso eu colocaria um diodo com anodo no uC com 3V3 e ativaria o internal pull-up do uC com 5V.

Alguma sugestão melhor?

[RobL]

De 5->3V:
Antes verificar se seu micro tem entradas 5V tolerantes.

O mais econômico dependerá do número de sinais a reduzir.
1- Divisor de tensão (com 2 resistores e não com um em série). Não afeta velocidade. Pode usar array de resistores prontos.

Nota: Não afeta a velocidade, se a indutância e capacitância do resistor e trilhas não chegar a influir. Para velocidades de um CM3, por exemplo, não teria esse problema.

2- Dependendo do caso, quando impedância estiver em jogo, tem CMOS alimentado com 3V que fará a conversão de nível.

De 3->5V:
Usar Cmos alimentado com 5V.

[zazulak]

Pode ser que 0 4010 sirva: http://www.datasheetcatalog.org/datashe ... 856_DS.pdf

[Jozias del Rios]

RobL,

se o uC não suporta mais que a tensão de alimentação nas entradas, ele não é 5V tolerante então, certo?

Um divisor de tensão representa um resistor a mais por ligação. A solução de apenas 1 resistor em série é realmente inválida?

Não entendi o que quis dizer com "Usar Cmos alimentado com 5V", já que os chips microcontroladores são idênticos dos dois lados, diferindo apenas na tensão de alimentação. São ambos uC CMOS, mas que tem VIH mínimo 3.25V quando alimentado com 5.00V, o que deixa muito pouca margem de ruído/flutuação/tolerância/ddp_por_lei_de_ohm para trabalhar com saídas de 3.3V.

Ou seja, mesmo sendo CMOS dos dois lados, o problema ainda existe...

[Jozias del Rios]

São poucos sinais, uns dois sinais 5V output e uns dois sinais 3V3 output, então acho que não compensa usar dois chips 4010... estou tentando minimizar área de PCB principalmente...
Valeu pelas dicas.

[RobL]

se o uC não suporta mais que a tensão de alimentação nas entradas, ele não é 5V tolerante então, certo?

Alguns micros tem algumas ou uma porta que suporta entrada com tensão mais alta que a alimentação de 3,3V. São chamados de 5V tolerantes.

Um divisor de tensão representa um resistor a mais por ligação. A solução de apenas 1 resistor em série é realmente inválida?

Considerando que a impedância de entrada é muito alta, sim.

Não entendi o que quis dizer com "Usar Cmos alimentado com 5V", já que os chips microcontroladores são idênticos dos dois lados, diferindo apenas na tensão de alimentação. São ambos uC CMOS, mas que tem VIH mínimo 3.25V quando alimentado com 5.00V, o que deixa muito pouca margem de ruído/flutuação/tolerância/ddp_por_lei_de_ohm para trabalhar com saídas de 3.3V.

A grosso modo um Cmos com 5Vcc mudaria seu estado com Vcc/2. Deve verificar o manual do que for usado.
Portanto, por exemplo no 4010 alimentado com 5Vcc, se entrar com um micro com 3,3V seu nível Hi estará acima de 2,5V (suficientemente acima, próximo de 3V) e o Low muito abaixo de 2,5V.

[Djalma Toledo Rodrigues]

Pra cá ou pra lá

Transistores

DJ

[msamsoniuk]

Pode ser que 0 4010 sirva: http://www.datasheetcatalog.org/datashe ... 856_DS.pdf

melhor partir para algo mais moderno:

http://www.fairchildsemi.com/ds/74%2F74LCX245.pdf

[Jozias del Rios]

se o uC não suporta mais que a tensão de alimentação nas entradas, ele não é 5V tolerante então, certo?

Alguns micros tem algumas ou uma porta que suporta entrada com tensão mais alta que a alimentação de 3,3V. São chamados de 5V tolerantes.

Certo, mas infelizmente esse não é o caso

Um divisor de tensão representa um resistor a mais por ligação. A solução de apenas 1 resistor em série é realmente inválida?

Considerando que a impedância de entrada é muito alta, sim.

Mas com um divisor resistivo a impedância continua sendo muito alta, não?

Não entendi o que quis dizer com "Usar Cmos alimentado com 5V", já que os chips microcontroladores são idênticos dos dois lados, diferindo apenas na tensão de alimentação. São ambos uC CMOS, mas que tem VIH mínimo 3.25V quando alimentado com 5.00V, o que deixa muito pouca margem de ruído/flutuação/tolerância/ddp_por_lei_de_ohm para trabalhar com saídas de 3.3V.

A grosso modo um Cmos com 5Vcc mudaria seu estado com Vcc/2. Deve verificar o manual do que for usado.
Portanto, por exemplo no 4010 alimentado com 5Vcc, se entrar com um micro com 3,3V seu nível Hi estará acima de 2,5V (suficientemente acima, próximo de 3V) e o Low muito abaixo de 2,5V.

Mas agora, sabendo que VIH=3.25V, isso não pode ser afirmado sobre o CI, certo?

Afinal, será que apenas transistores e Level Converter ICs vão servir?

[vtrx]

3.3v não é considerado nível alto?
Baixei o datasheet do micro que voce citou,e nas especificações,o ViH para 5 v é de 3.25 e para 3v de 2.10.

[Djalma Toledo Rodrigues]

De 5->3V: ...
1- Divisor de tensão (com 2 resistores e não com um em série). Não afeta velocidade. Pode usar array de resistores prontos.

Nota: Não afeta a velocidade, se a indutância e capacitância do resistor e trilhas não chegar a influir. Para velocidades de um CM3, por exemplo, não teria esse problema. ...

Se temos:
R1 + R2//C -----> C Capacitância espuria

Solução possível:

Atenuador Compensado

R1//C1 + R2//C2

Proporção:

R1/R2 = XC1/XC2

Ex.:
Atenuador Compensado 10 ---> 1

9k// ~5.2 pF
1k// 47 pF

----------------------------------------------------

Mas, existem Diodo de ref. de 3.3 Volts

DJ

[RobL]

Jozias


A impedância de entrada em um micro Cmos ou outro chip Cmos é muito alta. Na prática não há resistor para fazer um divisor de tensão usando um só resistor e considerando o outro a resistência de entrada.
É como tentar reduzir tensão com um resistor ligado a uma carga com R infinito, além do problema de ruído devido a alta impedância (neste caso importará mais a resistência) de entrada.
Aplicando o divisor de tensão (2 resitores), a impedância de entrada vista pela saída do micro, será a soma dos dois resistores. Isto por que a impedância da outra entrada é CMOS é de alta impedância e será desprezada.


Quanto ao chip conversor de nível, não sei o que quer dizer.
O que disse é que se quiser converter sinais alto e baixo entre zero e 3V, para zero e 5V, qualquer Cmos alimentado com 5V fará o trabalho, pois o nível alto está acima de 2,5V (3,25V no seu caso) e o baixo, do seu micro, muito abaixo de 2,5V, lhe dando aí uma grande margem de ruído. Ao entrar com um micro trabalhando com 3,3V em um conversor de nível (um buffer, ou um TX/RX, por exemplo) alimentado com 5Vcc, o nível alto do micro na entrada do conversor lhe vai entregar 5V (ou quase) na saída do Cmos conversor.

[setyco93]

Para converter niveis 5V para 3,3V e vice versa, eu uso o circuito do esquema abaixo. Funciona bem.

http://www.sparkfun.com/datasheets/Brea ... er-v10.pdf

[tcpipchip]

[Jozias del Rios]

3.3v não é considerado nível alto?
Baixei o datasheet do micro que voce citou,e nas especificações,o ViH para 5 v é de 3.25 e para 3v de 2.10.

Se ViH = 3.25V, eu não arriscaria trabalhar com 3.30V , pois haveria apenas 80mV de margem, que é 2,4% da tensão de referência.

Recorrendo mais uma vez aos datasheets, considerando que seja usado um AP1117-3.3 como regulador, então Vmin=3.235V que já está abaixo de ViH 3.25V!

Então resumindo: não se pode afirmar que realmente será considerado como nível alto, considerando os datasheets... e se o negócio já não dá certo no papel, eu não tentaria implementá-lo