什么是電平轉(zhuǎn)換器

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　　電平轉(zhuǎn)換器是一個電壓轉(zhuǎn)換裝置，電平轉(zhuǎn)換分為單向轉(zhuǎn)換和雙向轉(zhuǎn)換，還有單電源和雙電源轉(zhuǎn)換，雙電源轉(zhuǎn)換采用雙軌方案具有滿足各方面性能的要求。
　　在新一代電子電路設(shè)計中， 隨著低電壓邏輯的引入，系統(tǒng)內(nèi)部常常出現(xiàn)輸入/ 輸出邏輯不協(xié)調(diào)的問題， 從而提高了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性。例如：當(dāng)1. 8V的數(shù)字電路與工作在3. 3V 的模擬電路進(jìn)行通信時，需要首先解決兩種電平的轉(zhuǎn)換問題，這時就需要電平轉(zhuǎn)換器。
　　在新一代電子電路設(shè)計中, 隨著低電壓邏輯的引入,系統(tǒng)內(nèi)部常常出現(xiàn)輸入/ 輸出邏輯不協(xié)調(diào)的問題, 從而提高了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性。例如, 當(dāng)1. 8V的數(shù)字電路與工作在3. 3V 的模擬電路進(jìn)行通信時,需要首先解決兩種電平的轉(zhuǎn)換問題,這時就需要電平轉(zhuǎn)換器。
2 S) o% Y/ A! p! f; f$ C& m2 B　　隨著不同工作電壓的數(shù)字IC 的不斷涌現(xiàn),邏輯電平轉(zhuǎn)換的必要性更加突出, 電平轉(zhuǎn)換方式也將隨邏輯電壓、數(shù)據(jù)總線的形式(例如4 線SPI、32 位并行數(shù)據(jù)總線等) 以及數(shù)據(jù)傳輸速率的不同而改變�，F(xiàn)在雖然許多邏輯芯片都能實現(xiàn)較高的邏輯電平至較低邏輯電平的轉(zhuǎn)換(如將5V 電平轉(zhuǎn)換至3V 電平) ,但極少有邏輯電路芯片能夠?qū)⑤^低的邏輯電平轉(zhuǎn)換成較高的邏輯電平(如將3V邏輯轉(zhuǎn)換至5V邏輯) 。另外,電平轉(zhuǎn)換器雖然也可以用晶體管甚至電阻———二極管的組合來實現(xiàn), 但因受寄生電容的影響,這些方法大大限制了數(shù)據(jù)的傳輸速率。盡管寬字節(jié)的電平轉(zhuǎn)換器已經(jīng)商用化, 但這些產(chǎn)品不是針對數(shù)據(jù)速率低于20Mbps 的串行總線(SPITM、I2CTM、USB 等) 優(yōu)化的, 這些器件具有較大的封裝尺寸、較多的引腳數(shù)和I/ O 方向控制引腳,因而不適合小型串行或外設(shè)接口和更高速率的總線(如以太網(wǎng)、LVDS、SCSI等) 。
　　很多電子系統(tǒng)繼續(xù)向更低的電壓信號水平轉(zhuǎn)移。這個發(fā)展潮流背后的動力是對減少功耗的需求。更快的整流速度和降低信號噪聲等方面的進(jìn)步既方便了設(shè)計者，也向他們提出了新的挑戰(zhàn)。 微處理器在向較低的電壓水平進(jìn)軍的過程中一馬當(dāng)先。處理器I/O電壓正從1.8V轉(zhuǎn)移到1.5V，而內(nèi)核電壓能夠低于1V。下一代微處理器甚至將采用更低的電壓。外圍設(shè)備組件的電壓雖然也在降低，但水平通常落后于處理器一代左右。電壓降低方面的發(fā)展不均帶來了系統(tǒng)設(shè)計者必須解決的關(guān)鍵性難題——如何在信號電平之間進(jìn)行可靠的轉(zhuǎn)換。正確的信號電平可以保證系統(tǒng)的可靠工作，它們能夠防止敏感IC因過高或者過低的電壓條件而受損。目前電平轉(zhuǎn)換分為單向轉(zhuǎn)換和雙向轉(zhuǎn)換，還有單電源和雙電源轉(zhuǎn)換，雙電源轉(zhuǎn)換采用雙軌方案具有滿足各方面性能的要求。
: N0 V8 {2 [/ q) v. z, S　　SPI 的時鐘速率可超出20Mbps ,并由CMOS 推挽式邏輯輸出級驅(qū)動。數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯蜗蛐院喕�了轉(zhuǎn)換器的設(shè)計。由于不必考慮數(shù)據(jù)在單條信號線上的雙向傳輸問題,因此,可以利用圖示的簡單電阻———二極管方案或晶體管方案。
　　雙向總線電平轉(zhuǎn)換需要考慮在單條信號線上實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸,這在具體實施時比較困難,電阻———二極管結(jié)構(gòu)或單晶體管由于受其固有的單向傳輸特性的制約而無法勝任這項工作。I2C、SMBus、Dallas 半導(dǎo)體公司的1 - wire 均為雙向傳輸總線, 同時都是漏極開路I/ O 拓?fù)洹Ｆ渲蠭2C具有三種速率范圍,分別為低于100kbps 的標(biāo)準(zhǔn)模式、低于400kbps的快速模式和低于3. 4Mbps 的高速模式。
　　在單向電平轉(zhuǎn)換器件中, 對于那些能夠?qū)⑤^高邏輯電平轉(zhuǎn)換成較低邏輯電平的器件, IC制造商規(guī)定了器件所允許的輸入范圍,在規(guī)定的輸入范圍內(nèi),器件能夠?qū)⑵漭斎肭段辉谶^壓容限內(nèi)。由于具有輸入過壓保護(hù)的邏輯器件能夠承受的輸入電壓高于其供電電壓,因此,這些器件簡化了高邏輯電平至較低邏輯電平(Vcc 邏輯電平) 的轉(zhuǎn)換方案。而在高扇出或高容性負(fù)載連接器的設(shè)計中, 任何邏輯器件在降低電源電壓的同時,其輸出驅(qū)動能力也隨之降低,只有3. 3V CMOS/ TTL 與5V標(biāo)準(zhǔn)TTL 之間的轉(zhuǎn)換是一個特例。因為3. 3V 邏輯與5V 邏輯的門限是相同的。SPI 總線既需要較高邏輯電平至較低邏輯電平的轉(zhuǎn)換, 也需要將較低邏輯電平轉(zhuǎn)換到較高的邏輯電平。例如在處理器采用1. 8V 邏輯而外設(shè)邏輯為3. 3V時。當(dāng)然, 利用上述分立方案也可以實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換, 但MAX1840/ MAX1841 或MAX3390 等單片方案則可大大簡化設(shè)計過程,如圖所示：
　　在通過并行總線進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換時, 由于通常已存在WR 和RD 信號, 因而可以采用總線開關(guān)(如74CBTB3384) 來實現(xiàn)不同邏輯電平之間的數(shù)據(jù)連接。對于單總線或2 線接口,一般需要考慮兩個問題:一是要有單獨的使能控制引腳來控制數(shù)據(jù)流向(占用有效的控制端口) ,二是芯片尺寸較大(占據(jù)較大的線路板尺寸) 。任何設(shè)計都存在正、反兩個方面的影響,但設(shè)計人員通常希望其能夠工作在任何邏輯電平,也就是希望其是一個既可實現(xiàn)由高電壓邏輯至低電壓邏輯的轉(zhuǎn)換,也可實現(xiàn)低電壓邏輯至高電壓邏輯的轉(zhuǎn)換, 既可完成單向電平轉(zhuǎn)換, 也能完成雙向電平轉(zhuǎn)換的通用器件。新一代雙向電平轉(zhuǎn)換器MAX3370 即可勝任上述工作, 無論它工作在低電壓邏輯, 還是工作在高電壓邏輯,均可依靠外部輸出驅(qū)動吸入電流來實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換的柵極傳輸(圖3) 。這種結(jié)構(gòu)使該器件既可工作于漏極開路輸出級, 也可工作于推挽式輸出級。而且,MAX3370 具有相當(dāng)?shù)偷膶?dǎo)通電阻(低于135Ω) ,對數(shù)據(jù)傳輸速率的影響很小。下圖是MAX3770 的內(nèi)部結(jié)構(gòu), 該器件具有兩個優(yōu)點: 首先對于漏級開路拓?fù)? MAX3370 內(nèi)部的10kΩ 上拉電阻與“加速”開關(guān)的并聯(lián)電路既省去了外部上拉元件, 也減小了由于RC 時間常數(shù)造成的紋波。在大多數(shù)漏極開路輸出電路中,數(shù)據(jù)速率受RC 時間常數(shù)的影響較大。而采用獨特“加速”結(jié)構(gòu)的MAX3770 則大大提高了數(shù)據(jù)上升沿的上拉速,減小了容性負(fù)載的影響, 其允許數(shù)據(jù)速率高達(dá)2Mbps ,因而大大改善了傳統(tǒng)設(shè)計的性能; 其次, 由于MAX3370 器件采用的是微型SC70 封裝,因此可有效節(jié)省線路板的空間。
6 h6 \  u- p8 h: y% R) E　　MAX3370 可以實現(xiàn)最低1. 2V、最高5. 5V 邏輯電平的轉(zhuǎn)換, 能夠滿足絕大多數(shù)設(shè)備對電平轉(zhuǎn)換的要求。需要說明的是: MAX3370 僅提供單線通用邏輯電平轉(zhuǎn)換。如果設(shè)計中存在多個I/ O 口線,則應(yīng)參照表1 選擇其它芯片。隨著系統(tǒng)I/ O 電壓數(shù)量的增多, 電平轉(zhuǎn)換的設(shè)計也更加復(fù)雜。設(shè)計時需要綜合考慮容性負(fù)載、Vcc壓差的幅度和數(shù)據(jù)速率等問題。對于從較高邏輯電平至較低邏輯電平的轉(zhuǎn)換, 只要保證電平轉(zhuǎn)換中的Vcc 壓差符合器件所允許的容限即可。而在處理低電壓邏輯至高電壓邏輯的轉(zhuǎn)換, 且同時存在較大的Vcc 壓差時,問題將變得非常棘手。雙向電平轉(zhuǎn)換或漏極開路輸出結(jié)構(gòu)都對數(shù)據(jù)速率的制約較大, 而Maxim的電平轉(zhuǎn)換器則利用其獨特的電路結(jié)構(gòu)簡化了電平轉(zhuǎn)換的設(shè)計。它能夠在較寬的電壓范圍實現(xiàn)單向、雙向電平轉(zhuǎn)換,并可提供漏極開路或推挽式輸出。這些器件采用微小的封裝形式, 不需要任何外部元件,同時可大大節(jié)省線路板空間。
  J8 b) T3 l8 T　　雙向電壓電平轉(zhuǎn)換器TXB0108RGYR http://www.dzsc.com/ic-detail/9_4704.html的特點
1 n, N6 A* s! w' s5 F: h　　1●1.2VTO3.6V ONA端口和1.65V至5.5V ONB端口（VCCA≤VCCE）2●VCC功能失效-如果任一VCC輸入處于3 GND，所有輸出均處于高電壓狀態(tài)4●參考VCCA的OE輸入電路
! O. {  T; v0 }* T2 Y　　5●低功耗，最大LCC為4μA
　　6●LOF支持部分?jǐn)嚯娔Ｊ讲僮?br /> 7 X  t! j  b( ^　　●閉鎖性能超過100 mA/7 JASD 78，二級8
　　●ESD保護(hù)超過JESD 22
　　9 A端口
　　10 2000-V人體模型（A114-B）-1000-V充電裝置模型（C101）-B端口11一+15-kv人體模型（A114-B）一+8-kv人體模型（A114-B）（僅YZP包）12-1000-V充電裝置型號（C101）13 2應(yīng)用14款手機(jī)
9 U4 K* j" n) `- @/ u, g　　15●智能手機(jī)
0 Y$ ]2 {" M. S/ a6 `　　16節(jié)片
　　17●臺式電腦
0 y) w$ {, h. a2 x　　此8位非轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器使用兩個單獨的可配置電源軌。A端口用于跟蹤VCCA。VCCA接受從1.2 V到3.6 V的任何電源電壓。B端口設(shè)計用于跟蹤VCCE。VCCB接受從1.65 V到5.5 V的任何電源電壓。這允許在1.2-V、1.5-V、1.8-V、2.5-V、3.3-V和5-V電壓節(jié)點之間進(jìn)行通用低壓雙向轉(zhuǎn)換。VCCA不應(yīng)超過VCCB。當(dāng)輸出使能（OE）輸入低時，所有輸出均處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。
4 D3 n& n/ F1 w% |8 _; Q- x+ q! L$ Z* P% U

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