雙向電平轉(zhuǎn)換工作原理 自動(dòng)雙向電平轉(zhuǎn)換芯片介紹

01

背景概述

如今整個(gè)電路系統(tǒng)，性能要求越來(lái)越高，功耗要求越來(lái)越低，其設(shè)計(jì)也越來(lái)越復(fù)雜，在目前復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)中會(huì)存在各個(gè)元器件之間的工作電壓不一致的情況;

例如：當(dāng)主控SOC的通訊接口電壓電平為3.3V時(shí)，而另一個(gè)外設(shè)的通訊接口電壓電平要求為1.8V時(shí)，這個(gè)時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)電路系統(tǒng)內(nèi)部元器件之間電壓不匹配的情況（如圖1所示）。

為了讓整個(gè)電路系統(tǒng)中的各種器件能夠正常通訊使用，這個(gè)時(shí)候就需要使用對(duì)應(yīng)的電壓電平轉(zhuǎn)換芯片。

圖1， 電平匹配示意圖

02

雙向電平轉(zhuǎn)換工作原理

在實(shí)際應(yīng)用中，存在發(fā)送端和接收端會(huì)互換的情況，如IIC、MDIO、SPI等需要雙向通信的情況下，就需要使用雙向電平轉(zhuǎn)換芯片。其工作原理如下：

如果輸出為左邊。當(dāng)左側(cè)輸入高電平H(輸入電壓為VCCA)時(shí)，由于VGS<閾值，所以MOSFET截至，右側(cè)輸出電壓為VCCB），如圖2-A所示；當(dāng)左側(cè)D0輸入低電平L（0V）時(shí)，由于VGS?= VCCA?> 閾值，所以MOSFET導(dǎo)通，右側(cè)輸出電壓為低電平0V如圖2-B所示。

當(dāng)右側(cè)輸入高電平H時(shí)，由于左側(cè)初始為高電平VCCA，VGS= 0<閾值，MOSFET截至，如圖3-A所示；右側(cè)輸入L的時(shí)候，原本VS=VG?= VCCA，VGS?= 0，MOSFET截至，但是由于場(chǎng)效應(yīng)管有一個(gè)寄生二極管，它會(huì)將左側(cè)輸出下拉至一個(gè)二極管的導(dǎo)通電壓，此電壓在0.3V到0.7V之間，所以這里我們可以認(rèn)為左側(cè)輸出為低電平。此時(shí)若VCCA為3.3V，那么VGS（3.3V-0.7V=2.6V）大于場(chǎng)效應(yīng)管的柵極閾值電壓而使MOSFET導(dǎo)通，導(dǎo)通后右側(cè)輸入和左側(cè)輸出為同一電壓接近0V，如圖3-B所示。

圖2-A & 2-B

圖3-A & 3-B

03

谷泰微雙向電平轉(zhuǎn)換芯片工作原理

谷泰雙向自動(dòng)方向檢測(cè)電壓轉(zhuǎn)換器，可以與漏極開路以及推挽式驅(qū)動(dòng)配合，最大速率可到24Mbps(推挽，開漏2Mbps最高速率)。其工作原理如前面第2部分介紹的原理類似，用N通道MOSFET的導(dǎo)通和截止A端口和B端口之間的連接。當(dāng)連接到A或B端口的驅(qū)動(dòng)器為低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)端便會(huì)被MOSFET N2拉低（如圖4所示）。

圖4 谷泰微雙向電平轉(zhuǎn)換芯片框圖

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谷泰微雙向電平轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品介紹

谷泰微電平轉(zhuǎn)換器系列，支持1~8路，主要用于UART、I2C、SMBus、GPIO等通信接口，自動(dòng)識(shí)別方向，兼容推挽輸出架構(gòu)和開漏輸出架構(gòu)，其主要特點(diǎn)如下：

● 無(wú)需數(shù)據(jù)方向控制；
●推挽架構(gòu)(Push-Pull）支持24Mbps數(shù)據(jù)速率，開漏架構(gòu)(Open-Drain)支持2Mbps數(shù)據(jù)速率；
●A側(cè)支持1.65V~3.6V，B側(cè)支持2.3V~5.5V；
● A、B側(cè)電源互相隔離；
● 無(wú)上電時(shí)序要求；
● 支持-40°C~+85°C。

需要注意VCCA的供電電壓不能大于VCCB，即A側(cè)接到低電壓系統(tǒng)，B側(cè)接到高電壓系統(tǒng)。

典型應(yīng)用圖

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谷泰微電平轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品列表

審核編輯：劉清