功率电平和电压电平

   首先 什么是电平,电平就是指电路中两点或者几点在相同的阻抗下的电量相对比值。电量指功率,电压,电流,并将倍数转化为对数,用分贝表示,记作dB,表示为10*lgP2/P1,20*lgU2/U1,20*lgI2/I1。任然是以功率为比较对象的,从公式中就能看出。好处在于:其一读写、计算方便;其二能如实地反映人对声音的感觉。

 

 

功率电平和电压电平是同一种东西 不同的表现形式。

功率电平计算公式为:A=10*lg(P/1mw),-------(1式)

A--为功率电平的值,P为测试点功率。单位为dBm(读dB毫瓦),

从公式中可以看出功率电平实际上就是测试点的功率值与1mw的功率的对比值。

上式可以该写为

 A=10*lg(U2/R/1mw),其中1mw=U02/R,

A=10*lg{(U2/R)/ (U02/R)};

A=20*lg(U/ U0);-----(2式)

但实际上,我们测试某点的电压比测试某点的功率更方便。如果改用测试点的电压,就成了电压电平 单位为dB。2式为电压电平的表示式。

 

基准电压值U0的计算,1mw=U02/R,规定U0是R=600欧姆时的电压(这是因为当时的电话负载阻抗就是600欧姆),U0=0.775V。

当负载阻抗是600欧姆时,功率电平与电压电平的值是相等的,即0dBm=0dBv。

当负载阻抗是150欧姆时,600/150=4,而10lg(4)=6dB,所以,电压电平比功率电平高6dB,所以,0dBm=6dBv。
当负载阻抗是75欧姆时,600/75=8,而10lg(8)=9dB,所以,电压电平比功率电平高9dB,所以,0dBm=9dBv。

 

电压电平和功率电平的转换关系为:

A=20*lg(U/0.775) (dB)+10*lg(600/Z)  (dBm)

 


### LVCMOS标准下的电压功率电平转换电路设计 LVCMOS(Low-Voltage Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)是一种广泛应用于现代数字电路中的低电压标准。在实际应用中,经常需要将不同电压电平的信号进行转换,例如从3.3V LVCMOS信号转换到5V TTL信号或反之。以下内容详细介绍了与LVCMOS相关的电压功率电平转换电路设计方法。 #### 1. 直接连接方式 当3.3V LVCMOS输出的高电平(VOH)大于5V TTL输入的高电平阈值(VIH),且3.3V LVCMOS输出的低电平(VOL)小于5V TTL输入的低电平阈值(VIL)时,可以直接将3.3V LVCMOS信号连接到5V TTL输入端[^3]。例如,3.3V LVCMOS的VOH为3.0V,大于5V TTL的VIH(2.0V),而其VOL为0.5V,小于5V TTL的VIL(0.8V)。因此,在这种情况下,直接连接是可行的。 #### 2. 使用二极管补偿电路 如果3.3V LVCMOS输出的VOH不足以满足5V CMOS输入的VIH要求,则可以使用二极管补偿电路来提高输出高电平。通过在输出端串联一个正向电压降约为0.7V的二极管,可以使输出低电平升高到1.1V至1.2V,从而确保其低于5V CMOS输入的低电平阈值[^2]。以下是二极管补偿电路的一个示例: ```python # 二极管补偿电路原理图描述 # D1: 二极管 (正向电压降约0.7V) # R1: 上拉电阻 # Input: 3.3V LVCMOS输出 # Output: 转换后的5V CMOS兼容信号 # 示例代码用于说明电路结构 def diode_compensation_circuit(input_voltage, diode_drop=0.7): output_high = input_voltage + diode_drop output_low = input_voltage - diode_drop return output_high, output_low output_high, output_low = diode_compensation_circuit(3.3) print(f"Output High: {output_high}V, Output Low: {output_low}V") ``` #### 3. 使用逻辑门缓冲器 另一种常见的电压电平转换方法是使用逻辑门缓冲器,例如74LVC系列器件。这些缓冲器能够在不同的电压标准之间进行转换,并提供较高的驱动能力。例如,74LVC245可以在3.3V电源下工作,同时支持5V容限输入,从而实现从3.3V到5V的电平转换。 #### 4. 功率电平转换 在某些情况下,除了电压电平转换外,还需要考虑功率电平的匹配。这可以通过调整负载阻抗来实现。假设负载电阻为\( R_L \),电源电压为\( V_{DD} \),内阻为\( r \),则流过负载的电流为: \[ I = \frac{V_{DD}}{R_L + r} \] 负载上的电压为: \[ U_o = I \cdot R_L = V_{DD} \cdot \frac{R_L}{R_L + r} \] 负载消耗的功率为: \[ P = I^2 \cdot R_L = \frac{V_{DD}^2 \cdot R_L}{(R_L + r)^2} \] 通过选择合适的\( R_L \)值,可以优化功率传输效率并减少功耗[^1]。 ####
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