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　　为了让整个电路系统中的各种器件能够耦合使用向日葵视频app污污网站ღ◈✿，让整个系统设计能够落地ღ◈✿，就需要使用对应的电压转换芯片ღ◈✿，如图1所示ღ◈✿。TI提供了多种电压转换器ღ◈✿，包括双电源电平转换器ღ◈✿、自动方向感应转换器以及用于推挽缓冲和开漏应用的自动方向感应转换器等向日葵视频app污污网站ღ◈✿。

　　本文以TI的TXS和TXB系列电压转换芯片ღ◈✿，介绍了电压转换芯片的工作原理和设计注意事项ღ◈✿，有助于工程师设计出集成度更高ღ◈✿，棒性更好的系统方案ღ◈✿。

　　电压转换芯片分为单向电压转换芯片和双向电压转换芯片ღ◈✿。最简单的方案为单个MOSFET组成的单向电压转换芯片向日葵视频app污污网站ღ◈✿，其工作原理如下图1所示ღ◈✿。

　　当栅极G输入为低电平L时的时候ღ◈✿，VGS 阈值ღ◈✿，MOSFET截至ღ◈✿，此时漏极D为高电平H（VCC）ღ◈✿，如图2-Aღ◈✿；而当栅极G输入为高电平H的时候ღ◈✿， VGS 阈值ღ◈✿，MOSFET导通ღ◈✿，此时漏极D输出为低电平L(0V)ღ◈✿， 如图2-Bღ◈✿，这种情况输入和输出会反向ღ◈✿。

　　在一些应用中ღ◈✿，存在发送端和接收端会互换的情况ღ◈✿，如IICღ◈✿、MDIOღ◈✿、SPI等需要双向通信的情况下ღ◈✿，就需要使用双向电压转换芯片ღ◈✿。其工作原理如下ღ◈✿：

　　如果输出为左边ღ◈✿。当左侧输入高电平H(输入电压为VCCA)时ღ◈✿，由于VGS阈值ღ◈✿，所以MOSFET截至ღ◈✿，右侧输出电压为VCCB）ღ◈✿，如图3-A所示ღ◈✿；当左侧D0输入低电平L（0V）时ღ◈✿，由于VGS= VCCA 阈值ღ◈✿，所以MOSFET导通ღ◈✿，右侧输出电压为低电平0Vღ◈✿，如图3-B所示ღ◈✿。

　　当右侧输入高电平H时ღ◈✿，由于左侧初始为高电平VCCAღ◈✿，VGS= 0阈值ღ◈✿，MOSFET截至ღ◈✿，如图4-A所示ღ◈✿；右侧输入L的时候ღ◈✿，原本VS=VG= VCCAღ◈✿，VGS= 0ღ◈✿，MOSFET截至ღ◈✿，但是由于场效应管有一个寄生二极管ღ◈✿，它会将左侧输出下拉至一个二极管的导通电压ღ◈✿，此电压在0.3V到0.7V之间ღ◈✿，所以这里我们可以认为左侧输出为低电平ღ◈✿。此时VGS（3.3V-0.7V=2.6V）大于场效应管的栅极阈值电压而使MOSFET导通ღ◈✿，导通后右侧输入和左侧输出为同一电压0V凯发在线ღ◈✿，如图4-B所示ღ◈✿。

　　TXS双向自动方向检测电压转换器ღ◈✿，可以与漏极开路以及推挽式驱动配合ღ◈✿，最大速率可到24Mbps(推挽ღ◈✿，开漏2Mbps最高速率)ღ◈✿。需要注意A端口跟踪VCCAღ◈✿，而B端口跟踪VCCBღ◈✿。VCCA的电压必须低于或等于VCCB的电压ღ◈✿。VCCA可以接受介于1.65 V和3.6 V之间的任意供电电压ღ◈✿，而VCCB可以接受2.3 V至5.5 V的任意供电电压ღ◈✿。这些电源轨可以在任何的1.8 Vღ◈✿、2.5 Vღ◈✿、3.3 V和5 V电压节点之间实现低电压双向转换ღ◈✿。其主要的型号为ღ◈✿：TXS0101ღ◈✿，TXS0102, TXS0104Eღ◈✿。

　　TXS系列如前面介绍的原理一样ღ◈✿，用N通道MOSFET的导通和截至A端口和B端口之间的连接ღ◈✿。当连接到A或B端口的驱动器为低电平时ღ◈✿，对端便会被MOSFET N2拉低ღ◈✿，如图5所示ღ◈✿。

　　TXS系列电平转换芯片集成了内部上拉电阻ღ◈✿，用于保持输出高电平时的状态ღ◈✿。TXS0101向日葵视频app污污网站ღ◈✿、TXS0102和TXS0104E等电源转换芯片的内部上拉电阻固定为10kΩღ◈✿；TXS0108E具有动态上拉电阻ღ◈✿，其值取决于输出是驱动高电平还是低电平ღ◈✿。当驱动高电平时ღ◈✿，上拉电阻值为4KΩღ◈✿，当驱动低电平时ღ◈✿，上拉电阻值为40KΩღ◈✿，如图6 所示ღ◈✿。

　　下面测量了TXS0108E上拉电阻时候的输出ღ◈✿，其跨越了从4.7KΩ 到100KΩ 的四个不同上拉电阻值范围, 用于直观感受不同上拉电阻所带来的影响ღ◈✿。测试方法如图7所示ღ◈✿，输入信号为1.8V凯发在线ღ◈✿，1KHzღ◈✿，上升和下降时间为5nsღ◈✿，输出电压为3.3Vღ◈✿。

　　如表1所示ღ◈✿，为TXS0108E各种上拉电阻测试结果ღ◈✿，使用4.7 KΩ上拉时ღ◈✿，VOL电压为264mVღ◈✿； 没有上拉的时候VOL为30 mV ღ◈✿，原因在于外部上拉和内部的40KΩ 上拉并联导致ღ◈✿，但输出为低电平的时候ღ◈✿，由于通过MOSFET的电流增加ღ◈✿，导致其MOSFET的压降变大ღ◈✿。

　　下面测量了TXS0108E下拉电阻时候的输出ღ◈✿，其跨越了从4.7 KΩ 到100 KΩ 的四个不同下拉电阻值范围, 用于直观感受不同下拉电阻所带来的影响ღ◈✿。测试方法如图8所示ღ◈✿，输入信号为1.8Vღ◈✿，1KHzღ◈✿，上升下降时间为5ns向日葵视频app污污网站ღ◈✿，输出电压为3.3Vღ◈✿。

　　如表2所示ღ◈✿，说明了TXS0108E下拉电阻对VOH电平的影响ღ◈✿。没有上拉电阻的基准VOH为3.18Vღ◈✿，而使用4.7 KΩ下拉电阻的VOH为1.68 Vღ◈✿。这是由于内部上拉电阻和外部下拉构成了一个分压网络ღ◈✿，导致VOH降低ღ◈✿。

　　TXS系列电压转换芯片可以和外部上拉电阻一起使用ღ◈✿，并且不会影响输出电压ღ◈✿。需要注意对应的驱动电流ღ◈✿。使用公式1ღ◈✿，能够计算对应的驱动电流ღ◈✿，RA值为A端外部上拉电阻和芯片内等效上拉电阻的并联值ღ◈✿，RB值为B端外部上拉电阻和芯片内等效上拉电阻的并联值ღ◈✿。TXS0101, TXS0102, TXS0104E器件凯发在线ღ◈✿，建议将电流限制再10mA以下ღ◈✿；TXS0108E的电流限制为1mA以下ღ◈✿。

　　由于内部等效为上拉ღ◈✿，如果外部做下拉ღ◈✿，会导致VOH电平降低ღ◈✿，所以必须避免使用下拉电阻ღ◈✿，如果需要下拉电阻向日葵视频app污污网站ღ◈✿，必须要求下拉电阻大于或等于50KΩღ◈✿。

　　下拉电阻时其输出电压计算方法如公式2所示ღ◈✿，Vccx为A端或者B端的电压ღ◈✿，RPD为外部上拉电阻ღ◈✿。对于TXS0101, TXS0102, TXS0104E器件ღ◈✿，内部上拉电阻为10KΩღ◈✿。TXS0108E内部上拉电阻为40KΩ向日葵视频app污污网站ღ◈✿。

　　TXB为推挽MOS架构得电压转换器ღ◈✿，和TXS一样双向自动方向检测电压转换器ღ◈✿。但是该推挽CMOS结构 TXB设备不适用于开漏应用ღ◈✿。TXB能够达到100Mbps最大数据传输速率ღ◈✿，适用于高速信号凯发在线ღ◈✿。需要注意ღ◈✿：A端口跟踪VCCAღ◈✿，而B端口跟踪VCCBღ◈✿。VCCA的电压必须低于或等于VCCB的电压凯发在线ღ◈✿。VCCA可以接受介于1.65 V和3.6 V之间的任意供电电压ღ◈✿，而VCCB可以接受2.3 V至5.5 V的任意供电电压ღ◈✿。这些电源轨可以在任何的1.8 Vღ◈✿、2.5 Vღ◈✿、3.3 V和5 V电压节点之间实现低电压双向转换ღ◈✿。其主要的型号为ღ◈✿：TXB0104ღ◈✿，TXB0108ღ◈✿。

　　TXB中的4KΩ缓冲器和触发器（on-shot）是为了缩短上升沿和下降沿的时间ღ◈✿。当A端输入从低电平到高变化时ღ◈✿，T1连接的触发器触发ღ◈✿，T1导通ღ◈✿，T2截至ღ◈✿，B端口输出高电平ღ◈✿，如图10所示ღ◈✿；当A输入从高电平到低电平变化时ღ◈✿，与T2连接的one-shot触发ღ◈✿，T2导通ღ◈✿，T1截至ღ◈✿，B端口输出低电平ღ◈✿，如图10所示ღ◈✿。正是4KΩ的串联电阻缓冲ღ◈✿，如果外部添加上拉电阻或者下拉电阻ღ◈✿，会形成带有4KΩ电阻的分频网络ღ◈✿，这种情况会影响VOH和VOL电平的值ღ◈✿。

　　下面测量了TXB0108上拉电阻时候的输出ღ◈✿，其跨越了从4.7KΩ 到100KΩ 的四个不同上拉电阻值范围, 用于直观感受不同上拉电阻所带来的影响ღ◈✿。测试方法如图11所示ღ◈✿，输入信号为1.8Vღ◈✿，1KHzღ◈✿， 上升和下降时间为5nsღ◈✿，输出电压为3.3Vღ◈✿。

　　如表3所示ღ◈✿，上拉电阻会对VOL有影响ღ◈✿，在又没上拉的情况下ღ◈✿，对应的TXB0108低电平为-0.007V, 而使用4.7KΩ上拉的时候为1.52Vღ◈✿。

　　下面测量了TXB0108下拉电阻时候的输出ღ◈✿，其跨越了从4.7KΩ 到100KΩ 的四个不同下拉电阻值范围ღ◈✿，用于直观感受不同下拉电阻所带来的影响ღ◈✿。测试方法如图12所示向日葵视频app污污网站ღ◈✿，输入信号为1.8Vღ◈✿，1KHzღ◈✿，上升和下降时间为5nsღ◈✿，输出电压为3.3Vღ◈✿。

　　如表4所示ღ◈✿，下拉电阻会对VOH有影响ღ◈✿，当没有下拉电阻时ღ◈✿，对应的输出电压VOH为3.19Vღ◈✿；而增加4.7KΩ下拉电阻时ღ◈✿，输出电压VOH为1.71Vღ◈✿。

　　综上3.2.2的测试结果ღ◈✿，TXB不应使用小于50 kΩ的上拉和下拉电阻ღ◈✿，因为内部4 kΩ缓冲器和外部电阻器会形成一个分压网络ღ◈✿。对下拉的影响如公式3所示ღ◈✿，RPU为外部上拉电阻ღ◈✿，VCCO为输出端口处的供电电压ღ◈✿。

　　本文介绍了电压转换芯片的工作原理ღ◈✿，并以TI的TXS和TXB系列电压转换芯片为例ღ◈✿，总结了其设计要点ღ◈✿，有助于工程师设计出集成度更高ღ◈✿，棒性更好的系统方案ღ◈✿。