了解ADC输入电压和物理参数之间的关系

电子设计 2018-03-08 08:49 次阅读

许多初步了解模数转换器(ADC)的人想知道如何将ADC代码转换为电压。或者,他们的问题是针对特定应用,例如:如何将ADC代码转换回物理量,如电流、温度、重量或压力。在这个包含两篇文章的博客系列中,我将讨论如何为各种应用执行这一数学转换。在第1篇文章中,我将解释如何将ADC代码转换回相应的电压。在第2篇文章中,我将使用几个应用示例来展示如何从测量的电压计算感兴趣的物理参数。

 

将代码转换为电压

ADC采样模拟信号提供表示输入信号的量化数字码。数字输出代码得到后处理,并且结果可以报告给使用该信息做出决定和采取行动的操作者。因此,重要的是将数字码正确地与它们表示的模拟信号建立关联。

一般而言,ADC输入电压通过简单的关系与输出代码相关,如公式1所示:

其中VIN (V)是ADC的输入电压(称为输入,如下所述),输出代码是ADC的十进制格式的数字输出代码(计数),LSB大小是ADC代码中的最低有效位(LSB)。

公式1是可用于任何ADC的一般公式。如果ADC的输出代码为二进制或二进制补码格式也没有关系,只要将二进制数正确转换为其等效十进制值即可。

 

确定LSB大小

完成ADC转换后,将输出代码的十进制值乘以LSB大小来计算输入电压。知道LSB大小是代码和电压之间转换的关键。

公式2可确定LSB大小:

其中FSR是与基准电压成比例的ADC的满量程输入范围(单位为伏特),N是ADC输出代码中的位数。2N等于ADC代码的总数。

LSB大小等于满量程输入范围(FSR)除以ADC代码的总数。这相当于覆盖整个输入范围所需的每个代码的步长。图1为4位ADC(24 = 16个代码)的阶跃函数,它将输入电压映射到输出代码。

 1ADC输入传递函数(N = 4

 

满量程范围和输入基准电压

要注意所使用ADC的FSR,因为不同的ADC有不同的FSR。FSR总是与基准电压成正比,也可能取决于任何内部增益,如公式3所示:

其中VREF是ADC的基准电压(单位为伏特);m是基准电压比例系数(例如,如果ADC的差分输入范围允许输入电压为从-VREF到VREF,则m = 2,因此FSR = 2VREF),增益是ADC的内部增益(如果有,否则为1V / V)。我在这个公式中包含了增益,以便在ADC包含增益级的情况下计算输入基准电压,如图2所示。

 2:输入基准电压

delta-sigma ADC通常在ADC输入之前集成可编程增益放大器(PGA)增益级;这就是公式3包括增益项的原因。通过在FSR计算中包括PGA增益,LSB大小计算也考虑了该增益。这意味着,当输出代码乘以LSB大小时,结果是PGA输入之前的输入基准电压(VIN),如图2所示,而不是放大的(输出基准)电压。注意,如果系统在ADC之前使用额外的信号调节,则该电路的效果可能需要额外的计算以确定系统的输入基准电压(在信号调节电路之前)。

 

示例代码

在大多数情况下,ADC代码由微控制器以8位段读取,并连接成32位数据类型。如果ADC的分辨率小于32位,并且输出代码有符号,则需要将数据符号扩展为32位整数数据类型以保留符号。图3中的代码为该操作的示例。

 3:读取24ADC数据的代码示例

现在你知道如何将ADC代码转换为相应的输入电压,下一步是了解ADC输入电压和物理参数之间的关系。

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SN74GTL16616 具有缓冲时钟输出的 17 位 LVTTL 到 GTL/GTL+ 通用总线收发器

SN74GTL16616是一个17位的UBT ??提供LVTTL-to-GTL /GTL +和GTL /GTL + -to-LVTTL信号电平转换的收发器。组合的D型触发器和D型锁存器允许透明,锁存,时钟和时钟使能的数据传输模式,与'16601功能相同。此外,该器件还提供了GTL /GTL +信号电平(CLKOUT)的CLKAB副本以及GTL /GTL +时钟转换为LVTTL逻辑电平(CLKIN)。该器件提供以LVTTL逻辑电平工作的卡与以GTL /GTL +信号电平工作的背板之间的接口。高速操作是减少输出摆幅(...

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SN74GTL16616 具有缓冲时钟输出的 17 位 LVTTL 到 GTL/GTL+ 通用总线收发器

SN74FB1653 具有缓冲时钟线路的 17 位 LVTTL/BTL 通用存储收发器

SN74FB1653包含一个带缓冲时钟的8位和9位收发器。时钟和收发器设计用于在LVTTL和BTL环境之间转换信号。该器件专为与IEEE Std 1194.1-1991(BTL)兼容而设计。 A端口工作在LVTTL信号电平。当A端口输出使能(OEA)为高电平时,A输出反映B \端口数据的反转。当OEA为低电平或V CC (5 V)通常小于2.5 V时,A输出处于高阻态。 B端口工作于BTL信号电平。开集极B \端口指定吸收100 mA。为B \输出提供两个输出使能(OEB和OEB)\。当OEB为低电平时,OEB \为高电平,或者V CC (5 V)通常小于2.5 V,B端口关闭。 时钟选择( 2SEL1和2SEL2)输入用于配置TTL到BTL时钟路径和延迟(参见 MUX-MODE DELAY 表)。 BIAS V CC当未连接V CC (5 V)时,在BTL输出上建立1.62 V和2.1 V之间的电压。 BG V CC 和BG GND是偏置发生器的电源输入。 V REF 是内部产生的电压源。建议将V REF 与0.1μF电容去耦。 当此设备从AI到A0以大于50的频率运行时,应使用增强的散热技术频率大于100 MHz时,或从AI到B \或B \到A0。 特性 与IE...

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SN74FB1653 具有缓冲时钟线路的 17 位 LVTTL/BTL 通用存储收发器

SN74GTL2010 10 位钳位电压

GTL2010提供10个NMOS传输晶体管(Sn和Dn),共栅极(G REF )和参考晶体管( S REF 和D REF )。开关的低导通电阻允许以最小的传播延迟进行连接。由于不需要方向控制引脚,该器件允许双向电压转换任何电压(1 V至5 V)至任何电压(1 V至5 V)。 当Sn或Dn端口为低电平时,钳位处于ON状态,Sn和Dn端口之间存在低电阻连接。假设Dn端口上的电压较高,当Dn端口为高电平时,Sn端口上的电压限制为参考晶体管设置的电压(S REF )。当Sn端口为高电平时,通过上拉电阻将Dn端口拉至V CC 。 GTL2010中的所有晶体管都具有相同的电气特性,在电压或传播延迟方面,从一个输出到另一个输出的偏差最小。这提供了优于分立晶体管电压转换解决方案的匹配,其中晶体管的制造不对称。在所有晶体管相同的情况下,参考晶体管(S REF /D REF )可以位于其他十个匹配的Sn /Dn晶体管中的任何一个上,从而实现更简单的电路板布局。具有集成ESD电路的转换器晶体管可提供出色的ESD保护。 特性 提供无方向控制的双向电压转换 允许电压电平从1 V升至5 V 提供与GTL,GTL +,LVTTL /TTL和5-V CM...

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SN74GTL2010 10 位钳位电压

SN74FB2040 8 位、TTL/BTL 收发器

SN74FB2040是一款8位收发器,设计用于在TTL和背板收发器逻辑(BTL)环境之间转换信号。 B \ port以BTL信号电平工作。开集极B \端口指定吸收100 mA。为B \输出提供两个输出使能(OEB和OEB \)。当OEB为高电平且OEB \为低电平时,B \ n端口有效并反映A输入引脚上存在的数据的反转。当OEB为低电平时,OEB \为高电平,或者V CC 小于2.1 V,B \ n端口关闭。 A端口工作在TTL信号电平并有独立的输入和输出引脚。当A端口输出使能(OEA)为高电平时,A输出反映B \端口数据的反转。当OEA为低电平或V CC 小于2.1 V时,A输出处于高阻态。 引脚TMS,TCK,TDI和TDO均为非功能性的,即不适用于IEEE Std 1149.1(JTAG)测试总线。 TMS和TCK未连接,TDI短接至TDO。 BIAS V CC 在V CC时在BTL输出上建立1.62 V至2.1 V之间的电压未连接。 特性 与IEEE Std 1194.1-1991(BTL)兼容 TTL A端口,背板收发器逻辑(BTL)B \端口 开路集电极B \ - 端口输出接收器100 mA 上电和断电期间的高阻状态 BIAS V CC < /sub>引脚最小化实时插...

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SN74FB2040 8 位、TTL/BTL 收发器

SN74GTL16612 18 位 LVTTL 至 GTL/GTL+ 通用总线收发器

'GTL16612器件是18位UBT ??提供LVTTL到GTL /GTL +和GTL /GTL +到LVTTL信号电平转换的收发器。它们结合了D型触发器和D型锁存器,可实现与'16601功能相同的透明,锁存,时钟和时钟使能模式的数据传输。这些器件提供以LVTTL逻辑电平工作的卡与以GTL /GTL +信号电平工作的背板之间的接口。高速操作是减少输出摆幅(

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SN74GTL16612 18 位 LVTTL 至 GTL/GTL+ 通用总线收发器

SN74FB2033A 8 位 TTL/BTL 寄存收发器

SN74FB2033A是一款8位收发器,在TTL电平A端口上具有分离输入(AI)和输出(AO)总线。通用I /O,集电极开路B \ n端口工作在背板收发器逻辑(BTL)信号电平。 每个方向的数据流逻辑元素由两个模式输入(B-to-A的IMODE1和IMODE0,A-to-B的OMODE1和OMODE0)配置为缓冲区,D-类型触发器或D型锁存器。在缓冲模式下配置时,反向输入数据出现在输出端口。在触发器模式下,数据存储在相应时钟输入(CLKAB /LEAB或CLKBA /LEBA)的上升沿。在锁存模式下,时钟输入用作高电平有效透明锁存器使能。 无论选择何种逻辑元素,B-to-A方向的数据流都由LOOPBACK输入进一步控制。当LOOPBACK为低电平时,B \ -port数据是B-to-A输入。当LOOPBACK为高电平时,所选A-to-B逻辑元件的输出(反转之前)是B-to-A输入。 AO端口启用/-disable控件由OEA提供。当OEA为低电平或V CC 小于2.5 V时,AO端口处于高阻态。当OEA为高电平时,AO端口处于活动状态(逻辑电平为高或低)。 B \ port由OEB和OEB \控制。如果OEB为低电平,OEB \为高电平,或者V CC 小...

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SN74FB2033A 8 位 TTL/BTL 寄存收发器

SN74FB2031 9 位 TTL/BTL 地址/数据收发器

SN74FB2031是一款9位收发器,设计用于在TTL和背板收发器逻辑(BTL)环境之间转换信号。该器件专为与IEEE Std 1194.1-1991兼容而设计。 B \端口以BTL信号电平工作。开集极B \端口指定吸收100 mA。为B \输出提供两个输出使能(OEB和OEB \)。当OEB为低电平时,OEB \为高电平,或者V CC 小于2.1 V,B \ n端口关闭。 A端口以TTL信号电平工作。当A端口输出使能(OEA)为高电平时,A输出反映B \端口数据的反转。当OEA为低电平或V CC 小于2.1 V时,A输出处于高阻态。 针对四线IEEE Std 1149.1(JTAG)测试总线分配引脚,尽管目前还没有计划发布JTAG特性版本。 TMS和TCK未连接,TDI与TDO短路。 当V CC 未连接时,BIAS V CC 在BTL输出上建立1.62 V和2.1 V之间的电压。 BG V CC 和BG GND是偏置发生器的电源输入。 特性 与IEEE Std 1194.1-1991(BTL)兼容 TTL A端口,背板收发器逻辑(BTL)B \端口 开路集电极B \ - 端口输出接收器100 mA 上电和断电期间的高阻状态 BIAS V CC < /sub>最小化实时插入或拔出期间...

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SN74FB2031 9 位 TTL/BTL 地址/数据收发器

SN74FB1650 18 位 TTL/BTL 通用存储收发器

SN74FB1650包含两个9位收发器,用于在TTL和背板收发器逻辑(BTL)环境之间转换信号。该器件专为与IEEE Std 1194.1-1991兼容而设计。 B \ n端口工作在BTL信号电平。开集极B \端口指定吸收100 mA。为B \输出提供两个输出使能(OEB和OEB \)。当OEB为低电平时,OEB \为高电平,或者V CC 小于2.1 V,B \ n端口关闭。 A端口工作在TTL信号电平。当A端口输出使能(OEA)为高电平时,A输出反映B \端口数据的反转。当OEA为低电平或V CC 小于2.1 V时,A输出处于高阻态。 BIAS V CC 建立当未连接V CC 时,BTL输出上的电压介于1.62 V和2.1 V之间。 BG V CC 和BG GND是电源输入用于偏置发生器。 特性 与IEEE Std 1194.1-1991(BTL)兼容 TTL A端口,背板收发器逻辑(BTL)B \端口 开路集电极B \ - 端口输出接收器100 mA BIAS V CC 最大限度地减少实时插入或拔出期间的信号失真 上电和断电期间的高阻抗状态 B \ - 端口偏置网络预先连接器和PC跟踪到BTL高电平电压 TTL输入结构包含有效在线终止时紧急援助 参数 与其它产品相...

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SN74FB1650 18 位 TTL/BTL 通用存储收发器

SN10KHT5574 具有 D 类边沿触发器和三态输出的八路 ECL 至 TTL 转换器

这个八进制ECL到TTL转换器旨在提供10KH ECL信号环境和TTL信号环境之间的有效转换。该器件专门用于提高ECL-to-TTL CPU /总线导向功能的性能和密度,如存储器地址驱动器,时钟驱动器和面向总线的接收器和发送器。 八SN10KHT5574的触发器是边沿触发的D型触发器。在时钟正跳变时,Q输出设置为在D输入端设置的逻辑电平。 缓冲输出使能输入( OE ”可用于将8个输出置于正常逻辑状态(高或低逻辑电平)或高阻态。在高阻抗状态下,输出既不会加载也不会显着驱动总线。高阻抗第三状态和增加的驱动提供了驱动总线的能力,而无需接口或上拉组件。 输出使能输入 OE < /span>不会影响触发器的内部操作。输出关闭时,可以保留旧数据或输入新数据。 SN10KHT5574的特点是在0°C至75°C的温度范围内工作。 特性 10KH兼容 ECL时钟和TTL控制输入 流通式架构优化PCB布局 中心引脚V CC ,V EE 和GND配置最大限度地降低高速开关噪声 封装选项包括“小”概述“包装和标准塑料DIP 参数 与其它产品相比 GTL/TTL/BTL/ECL 收发器/转换器   Technology Family VCC (Min) (V) ...

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SN10KHT5574 具有 D 类边沿触发器和三态输出的八路 ECL 至 TTL 转换器

SN74GTLPH1655 16 位 LVTTL 到 GTLP 可调节边缘速率通用总线收发器

SN74GTLPH1655是一款高驱动,16位UBT ??提供LVTTL到GTLP和GTLP到LVTTL信号电平转换的收发器。它被划分为两个8位收发器,并允许透明,锁存和时钟模式的数据传输。该器件提供以LVTTL逻辑电平工作的卡与以GTLP信号电平工作的背板之间的高速接口。高速(比标准LVTTL或TTL快约三倍)背板操作是GTLP降低输出摆幅( 可变边沿速率控制(ERC)输入为分布式负载中的最佳数据传输速率和信号完整性选择GTLP上升和下降时间 I off ,上电三态和BIAS V CC 支持实时插入 A端口数据输入上的总线保持 分布式V CC < /sub>和GND引脚最大限度地降低高速开关噪声 闩锁性能超过100 JESD 78,Class II ESD保护超过JESD 22 2000-V人体模型(A114-A) 200-V机器型号(A115-A) 1000-V充电设备模型(C101) OEC,TI,TI-OPC,UBT和Widebus是德州仪器公司的商标。 参数 与其它产品相比 GTL/TTL/BTL/ECL 收发器/转换器   Technology Family VCC (Min) (V) VCC (Max) (V) Bits (#) Voltage (Nom) (V) F @ N...

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SN74GTLPH1655 16 位 LVTTL 到 GTLP 可调节边缘速率通用总线收发器

SN74GTLP21395 具有独立 LVTTL 端口、Fdbk 路径和可选择极性的双路 1 位 LVTTL/GTLP 可调节边沿速率总线 Xcvrs

SN74GTLP21395是两个1位,高驱动,3线总线收发器,提供LVTTL到GTLP和GTLP到LVTTL信号 - 应用程序的级别转换,例如主时钟和辅助时钟,需要单独的输出启用和真/补控制。该器件允许透明和反向透明的数据传输模式,具有独立的LVTTL输入和LVTTL输出引脚,为控制和诊断监控提供反馈路径。该器件提供以LVTTL逻辑电平工作的卡与工作在GTLP信号电平的背板之间的高速接口,专为与德州仪器3.3-V 1394背板物理层控制器配合使用而设计。高速(比标准LVTTL或TTL快约三倍)背板操作是GTLP降低输出摆幅( Y输出设计用于吸收高达12 mA的电流,包括等效的26- 电阻器可减少过冲和下冲。 GTLP是德州仪器(TI)衍生的Gunning收发器逻辑(GTL)JEDEC标准JESD 8-3。 SN74GTLP21395的交流规格仅在优选的较高噪声容限GTLP下给出,但用户可以灵活地在GTL上使用该器件(V TT = 1.2 V且V REF < /sub> = 0.8 V)或GTLP(V TT = 1.5 V且V REF = 1 V)信号电平。有关在FB + /BTL应用中使用GTLP器件的信息,请参阅TI应用报告,德州仪器GTLP常见问题解答,...

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SN74GTLP21395 具有独立 LVTTL 端口、Fdbk 路径和可选择极性的双路 1 位 LVTTL/GTLP 可调节边沿速率总线 Xcvrs

SN74GTLP1394 具有独立 LVTTL 端口、反馈路径和可选择极性的 2 位 LVTTL 到 GTLP 可调节边沿速率总线 Xcvrs

SN74GTLP1394是一款高驱动,2位,3线总线收发器,可提供LVTTL至GTLP和GTLP至LVTTL信号 - 级别翻译。它允许透明和反向透明的数据传输模式,具有独立的LVTTL输入和LVTTL输出引脚,为控制和诊断监控提供反馈路径。该器件提供以LVTTL逻辑电平工作的卡与工作在GTLP信号电平的背板之间的高速接口,专门设计用于与德州仪器1394背板物理层控制器配合使用。高速(比标准LVTTL或TTL快约三倍)背板操作是GTLP降低输出摆幅( = 0.8 V)或GTLP(V TT = 1.5 V且V REF = 1 V)信号电平。 通常情况下,B端口以GTLP信号电平工作。 A端口和控制输入工作在LVTTL逻辑电平,但具有5 V容差,并兼容TTL和5 V CMOS输入。 V REF 是B端口差分输入参考电压。 该器件完全指定用于使用I off 的上电插入应用,上电3 -state和BIAS V CC 。 I off 电路禁用输出,防止在断电时损坏通过器件的电流回流。上电和断电期间,上电三态电路将输出置于高阻态,从而防止驱动器冲突。 BIAS V CC 电路对B端口输入/输出连接进行预充电和预处理,防止在插入或拔出卡时干扰背板上的有效数...

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SN74GTLP1394 具有独立 LVTTL 端口、反馈路径和可选择极性的 2 位 LVTTL 到 GTLP 可调节边沿速率总线 Xcvrs

SN74GTL1655 可带电插入 16 位 LVTTL 到 GTL/GTL+ 通用总线收发器

SN74GTL1655是高驱动(100 mA),低输出阻抗(12 )16位UBT ??提供LVTTL-to-GTL /GTL +和GTL /GTL + -to-LVTTL信号电平转换的收发器。该器件被划分为两个8位收发器,并结合了D型触发器和D型锁存器,以实现类似于?? 16501功能的透明,锁存和时钟数据传输模式。该器件提供以LVTTL逻辑电平工作的卡与以GTL /GTL +信号电平工作的背板之间的接口。高速操作是减少输出摆幅(

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SN74GTL1655 可带电插入 16 位 LVTTL 到 GTL/GTL+ 通用总线收发器

SN74GTL2007 12 位 GTL-/GTL/GTL+ 至 LVTTL 转换器

SN74GTL2007是一个12位转换器,用于连接3.3V LVTTL芯片组I /O和Xeon。处理器GTL- /GTL /GTL + I /O.该器件专为双处理器应用中的平台运行状况管理而设计。 特性 作为GTL- /GTL /GTL +运行至LVTTL或LVTTL至GTL- /GTL /GTL +转换器 系列终止TTL输出30 闩锁测试完成JEDEC标准JESD 78 根据JESD测试的ESD性能22 2000-V人体模型(A114-B,II类) 200-V机器模型(A115- A) 1000-V充电设备型号(C101) 所有商标均为其各自所有者的财产。 参数 与其它产品相比 GTL/TTL/BTL/ECL 收发器/转换器   Technology Family VCC (Min) (V) VCC (Max) (V) Bits (#) Voltage (Nom) (V) F @ Nom Voltage (Max) (Mhz) ICC @ Nom Voltage (Max) (mA) tpd @ Nom Voltage (Max) (ns) IOL (Max) (mA) IOH (Max) (mA) Schmitt Trigger Operating Temperature Range (C) Pin/Package   var link = "zh_CN_folder_p_quick_link_description_features_parametri...

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SN74GTL2007 12 位 GTL-/GTL/GTL+ 至 LVTTL 转换器

SN74GTL3004 可选 GTL 电压基准

SN74GTL3004提供可选的GTL参考电压(GTL V REF )。可以使用S0和S1选择引脚调整GTL V REF 的值。 S0和S1引脚包含毛刺抑制电路,具有出色的抗噪性。悬空时,S0和S1控制输入引脚具有100kμ上拉,将GTL V REF 默认值设置为0.67×V TT 比例(S0 = 1且S1 = 1)。 特性 V DD 范围:3.0 V至3.6 V V TT < /sub>范围:1 V至1.3 V 提供可选择的GTL V REF 0.615×V TT 0.63×V TT 0.65×V TT 0.67×V TT ±1%电阻比容差 环境温度范围:-40°C至85°C ESD保护超过以下水平测试(按JESD-22测试): 2500-V人体模型(A114-B,II类) 250-V机器模型(A115) -A) 1500 V充电设备型号(C101) 参数 与其它产品相比 GTL/TTL/BTL/ECL 收发器/转换器   Technology Family VCC (Min) (V) VCC (Max) (V) Voltage (Nom) (V) F @ Nom Voltage (Max) (Mhz) ICC @ Nom Voltage (Max) (mA) Schmitt Trigger Operating Temperature Range (C) Pin/Package ...

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SN74GTL3004 可选 GTL 电压基准

SN74GTL2014 4 位 LVTTL 至 GTL 收发器

SN74GTL2014是一款4通道转换器,用于连接3.3V LVTTL芯片组I /O与Xeon处理器GTL- /GTL /GTL + I /O。 SN74GTL2014在所有端子上集成了ESD保护单元,并且采用TSSOP封装(5.0mm×4.4mm)。器件在自然通风环境下的额定工作温度范围为-40°C至85 °C。要了解所有可用封装,请见数据表末尾的可订购产品附录。 特性 可用作GTL- /GTL /GTL +至LVTTL转换器或LVTTL至GTL- /GTL /GTL +转换器 < li> LVTTL输入最高可承受5.5V电压,允许直接访问TTL或5V CMOS GTL输入/输出工作电压高达3.6V,这使得器件可在高压开漏应用中使用 VREF可降至0.5V,以实现低电压CPU使用率 支持局部断电 锁断保护超过500mA,符合JESD78规范的要求 封装选项:TSSOP14 -40°C至+ 85°C工作温度范围 所有端子上具备静电放电(ESD)保护 2000V人体模型(HBM),JESD22-A114 1000V充电器件模型(CDM),IEC61000-4-2 应用< /h2> 服务器 基站 有线通信 所有商标均为其各自所有者的财产。 参数 与其它产品相比 GTL/TTL/BTL/ECL 收发器...

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SN74GTL2014 4 位 LVTTL 至 GTL 收发器