高速低電源電壓邏輯電平轉換電路

型號：UM3202Q

品牌：UNION

封裝：DFN

批次：18+

隨著系統供電電源的降低，越來越多的電路工作在3.3v，1.8v 或者更低的邏輯電平，現代電子系統日益增加的復雜性及低功耗的需求導致較低邏輯電壓的廣泛應用，
同時又引起系統內部I/O邏輯電平不兼容的問題。針對這種混合電源系統電平匹配問題，電平轉換電路作為低壓和高壓系統的橋梁，被廣泛用于電路設計中，能夠滿足
不同邏輯電平之間的通信。本文結合英聯電子不同系列的電平轉換產品，詳細闡述邏輯電平轉換的基本原理以及應用電路。

電平轉換需求

在傳統設計中，TTL及5v的CMOS為邏輯電路的主導標準，隨后的數字IC設計采用了與以往不兼容的電壓標準，出現了主流的3.3v的CMOS，以及2.5v，1.8v，1.5v及1.2v的CMOS
標準電平，系統供電也逐漸采用VCORE和VIO分離的方式，這種低壓IC的出現，勢必對電路設計產生影響，邏輯電平轉換的問題日益被電子設計人員重視。
根據需要轉換的信號類型，電壓，速率，方向及通道等不同，設計中也會采用不同的電平轉換方法，分別有：
（1）晶體管+上拉電阻法——一個雙極性三極管或MOSFET，C/D極外接上拉到正電源，輸入電平靈活，輸出電平大致為正電源電平；
（2）OC/OD器件+上拉電阻法——適用于器件輸出為OC/OD的場合；
（3）超限輸入降壓法——對于輸入電平范圍較寬的器件，在實際應用中可以滿足用于電平匹配（比如一個滿足輸入范圍為0v--‐3.6V的器件，即可實現3.3v--‐1.8v電平轉換）
（4）電阻、二極管分壓法——最簡單的降低電平辦法；
（5）電平轉換芯片——實現寬電壓范圍，高速率信號電平之間的轉換，一致性好，電路設計簡單；
分立器件搭建的轉換電路因其自身的局限性，電路工作電壓高，傳輸速率低，一致性差問題，多用于單通道簡單信號的高電壓轉換電路中，對于低電壓的高速信號，通常會
采用集成電平轉換芯片來實現。

英聯電子提供的寬電壓范圍自動雙向識別高速電平轉換產品，結合當前是實際應用需求， 能夠支持SPI，UART，I2C等總線不同電平之間的轉換設計。

雙電源特性

電平轉換芯片主要針對不同電源電壓工作下的總線或者器件之間通信設計，在應用電路中，通常電平轉換芯片的A端接VCCA電源，B端接VCCB電源。有方向控制的轉換芯片通常由方向控制引腳電平確定A--‐>B或是B--‐>A之間的傳輸，自動雙向傳輸電平轉換芯片則無需額外的方向控制。輸出使能OE引腳控制I/O狀態，當OE
無效時AB端口處于高阻狀態，OE有效時則可以實現正常通信。

英聯電子提供寬范圍供電的高速電平轉換芯片，基本可以滿足當前大多數電路電平轉換需求，這些器件為客戶提供不同的封裝類型以滿足不同設計應用，自動雙向識別特性可以減少客戶的
GPIO資源，2/4/8bit不同通道以及Open--‐Drain/Push--‐Pull輸出類型能夠靈活支持不同轉換需求。

雙向收發特性

利用分立器件搭建的電平轉換電路最大的缺陷就是單向性，不能有效實現數據的雙向轉換，而對于一些同時具有讀/寫需求的總線，則必須滿足雙向通信。對于總線bit
較多的應用場合，較多應用帶有獨立使能引腳控制數據傳輸方向，但在通道數不多或系統控制資源有限的情況下，自動雙向識別的電平轉換芯片無疑是最佳的選擇。

設計者需要根據自身的實際需求，來選擇一款相對較為適用的轉換器件，英聯電子推出的UM330X和UM320X系列電平轉換產品既能滿足雙向通信需求，又能為設計節約寶貴端口資源。
Push--‐Pull輸出電平轉換

針對常見的SPI，SDIO等推挽式輸出級之間的電平轉換，英聯電子推出UM330X系列產品，該產品能夠支持低--‐高和高--‐低電平的混合轉換，可實現自動雙向傳輸，最大速率支持
100Mbps，可廣泛應用于當前的電子電路產品設計中。

UM330X系列無需外部方向控制引腳來判斷A--‐B之間的通信，直流狀態下輸出驅動維持 高或低電平，為便于通信方向的自動翻轉，內部設計輸出較弱的電壓驅動能力，
在實際應用中如有外接上拉電阻，需要確保阻值高于50kΩ，所以該產品不能用于I2C或1--‐wire信號電 平的轉換。芯片內部的one--‐shot電路輸出端能夠監測
A/B端口的上升沿或下降沿，在上升沿時one--‐shot啟動PMOS晶體管（T1,T3），以加速低--‐>高轉變，同樣在下降沿時，one--‐shot啟動NMOS（T2,T4）來加速高
--‐>低轉變，這樣的設計能夠提高信號的完整性。

該產品有輸出使能引腳OE，當OE為低電平時I/O端口為高阻狀態，當OE為高電平時I/O端口可進行正常通信，在實際應用設計中，如無關斷通信通道，設計人員也可以將該引
腳與VCCA接在一起，以保持電平轉換芯片處于穩定通路狀態。

Open--‐Drain輸出電平轉換

英聯電子推出的UM320X產品使用一種傳輸門方法實現電平轉換，該產品無論工作在低電壓還是高電壓邏輯范圍，都依賴外部輸出驅動器來吸收電流，這個特點使該器件
既能實現開漏極輸出工作又能滿足推挽式輸出級應用。

UM320X無需外部方向控制，減少客戶GPIO應用，在UM320X內部兩端的I/O口分別有一個10kΩ的上拉電阻到各自供電電源（VCCA和VCCB）,這樣的設計最
大程度降低了對外接上拉電阻的要求。對于多數的漏極開路方案，RC時間常數通常會限制有效數據傳輸，但UM320X系列產品內部的one--‐shot控制晶體管開關機制，在上升
沿時one--‐shot啟動PMOS晶體管PU1,PU2，能夠有效主動拉升上升沿，起到加速作用，最大程度降低容性負載的影響，從而降低由外部寄生元件引起的信號失真。這種設計
使得產品能轉換由推挽式驅動器產生的數據速率高達24Mbps。對于漏極開路的信號轉換速率會低一些，需要外接上拉電阻來提高速率。
UM232EESE
UM3232EESE
UM3232EEUE
UM3222EEUE
UM3085EESAR
UM3483EESAR
UM3302H
UM3304H
UM3304QT
UM3202H
UM3202Q
UM3202A
UM3204H
UM3204Q
UM3204UE