选择正确的电平转换解决方案

应用报告ZHCA047–2004年6月选选择择正正确确的的电电平平转转换换解解决决方方案案PrasadDhond.........................................................................摘摘要要电源电压持续迁移到较低的节点以支持当前的低功耗高性能应用。虽然某些器件可以在较低的电源节点运行，但是其它器件可能不具有这种能力。为了在这些器件之间实现切换兼容性，每个驱动器的输出必须与其驱动的接收器的输入兼容。用于实现这些器件的互相连接的电平转换方案有很多。根据应用的不同需要，某种方法可能比其它方法更适合。本应用报告概述了用于转换逻辑电平的方法和产品，并列出了每种德州仪器(TI)电平转换解决方案的优缺点。关键字：双电源、分离轨、电平转换、电平转换器、混合电压、T45、T245、4245、3245、漏极开路、过压容限、TTL、CMOS、TVC、CB3T、CBTD主主题题.........................................................页页11简简介介..................................................2222双双电电源源电电平平转转换换器器........................................2233漏漏极极开开路路器器件件............................................4444FETFET转转换换器器..............................................7755可可过过压压的的器器件件...........................................131366具具有有TTLTTL兼兼容容输输入入端端的的器器件件.................................151577转转换换解解决决方方案案总总结结.......................................161688结结论论.................................................161699参参考考书书籍籍..............................................1616ZHCA047–2004年6月选择正确的电平转换解决方案1*VCCA**VCCAnotequaltoVCCBI/ODevicesASICVCCVCCVCCVCCVCCVCCVOHVIHVTVILVOLGND5V4.44V0.7
VCC0.5
VCC0.3
VCC0.5V0VVIHVILGNDVOHVIHVTVILVILVOLGND5V2.4V2V1.5V0.8V0.4V0VVOHVIHVTVOLGND3.3V2.4V2V1.5V0.8V0.4V0V2.5V2.0V1.7V0.7V0.4V0VVOHVIHVILVOLGND1.8VVCC−0.45V0.65
VCC0.35
VCC0.45V0VVOHVIHVILVOLGND1.2V0.65
VCC0.35
VCC0VVCC1.5V0.65
VCC0.35
VCC0VVIHVILGND5−VCMOS5−VTTL3.3−VLVTTL2.5−VCMOS1.8−VCMOS1.5−VCMOS1.2−VCMOS22双双电电源源电电平平转转换换器器简介在目前大多数电子系统中，对电压电平转换的需求非常普遍。例如，ASIC可能在电源电压VCCA下工作，而I/O器件可能在电源电压VCCB下工作。为了使这些器件间能够互相通信，需要如图1所示的电平转换解决方案。图图1.1.需需要要电电平平转转换换器器的的典典型型情情况况电子器件的输入电压阈值和输出电压电平可能随着所使用的器件技术和电源电压的不同而有所不同。图2显示了不同电源电压和器件技术的阈值电平。为了成功连接两个器件，必须符合以下要求：1.驱动器的VOH必须高于接收器的VIH。2.驱动器的VOL必须低于接收器的VIL。3.驱动器的输出电压不得超过接收器的I/O电压容差。图图2.2.数数字字转转换换电电平平2选择正确的电平转换解决方案ZHCA047–2004年6月−VTime−ns0312020304050608070101.8VInput3.3VOutputVoltage−VTime−ns2.22.2产产品品系系列列双电源电平转换器双电源器件是为在不同电源电压下工作的两种总线或器件之间的异步通信设计的。这些器件使用两个电源电压：VCCA与A端连接，VCCB与B端连接。对于双向电平转换器，数据是从A发送到B还是从B发送到A，取决于DIR输入端的逻辑电平。在具有输出使能(OE)控制输入端的器件上，当OE无效时，A总线和B总线被有效隔离。TI提供具有各种位宽的双电源器件，它覆盖了目前使用的几乎所有电源电压节点。这些器件非常灵活、简便易用且可双向转换（上升转换和下降转换），是大多数电平转换应用的理想选择。它们具有工作电流驱动能力，非常适用于较长线路长度和高输出负载的应用领域。SN74AVCB324245是32位双电源电平转换器，分为四组，每组八位。在图3中，SN74AVCB324245的一组从1.8V转换为3.3V，同时另一组从3.3V转换为1.8V。图图3.3.SN74AVCB324245SN74AVCB324245的的一一组组从从1.8V1.8V转转换换为为3.3V3.3V，，同同时时另另一一组组从从3.3V3.3V转转换换为为1.8V1.8V（（CCLL==15pF15pF；；RRLL==2k2kΩ双电源器件的优点：•非常灵活，可以与各种电压节点互相转换•工作电流驱动能力•具有各种位宽表1汇总了TI的双电源器件产品。表表1.1.使使用用双双电电源源转转换换器器的的可可能能电电压压转转换换组组合合可可能能的的电电压压转转换换组组合合器器件件电电源源电电压压AA端端口口BB端端口口2.5VCMOS3.3VLVTTL/LVCMOS2.3V≤VCCA≤3.6V3V≤VCCB≤SN74LVCC3245A5.5V3.3VLVTTL/LVCMOS5VCMOS4.5V≤VCCA≤5.5V2.7V≤VCCB≤SN74LVC4245A5VCMOS3.3VLVTTL/LVCMOS3.6V5VCMOS3.3VLVTTL/LVCMOS4.5V≤VCCA≤5.5V2.7V≤VCCB≤SN74LVCC4245A3.6V5VCMOS5VCMOS2.5VCMOS3.3VLVTTL/LVCMOS2.3V≤VCCA≤3.6V3V≤VCCB≤SN74ALVC1642455.5V3.3VLVTTL/LVCMOS5VCMOS1.5VCMOS,1.8VCMOS,2.5VCMOS,1.5VCMOS3.3VLVTTL/LVCMOS1.5VCMOS,1.8VCMOS,2.5VCMOS,1.8VCMOS3.3VLVTTL/LVCMOSSN74AVCA164245(1)SN74AVCB161.4V≤VCCA≤3.6V1.4V≤VCCB≤4245(1)SN74AVCB324245(1)3.6V1.5VCMOS,1.8VCMOS,2.5VCMOS,2.5VCMOS3.3VLVTTL/LVCMOS1.5VCMOS,1.8VCMOS,2.5VCMOS,3.3VCMOS3.3VLVTTL/LVCMOS(1)提供总线保持选项ZHCA047–2004年6月选择正确的电平转换解决方案3使使用用双双电电源源转转换换器器的的可可能能电电压压转转换换组组合合((接接上上表表))可可能能的的电电压压转转换换组组合合器器件件电电源源电电压压AA端端口口BB端端口口1.5VCMOS,1.8VCMOS,2.5VCMOS,1.2VCMOS3.3VLVTTL/LVCMOS1.5VCMOS,1.8VCMOS,2.5VCMOS,SN74AVC1T45(1)1.5VCMOS3.3VLVTTL/LVCMOSSN74AVC2T45(1)SN74AVC4T245(1)SN74AVC8T2451.2V≤VCCA≤3.6V1.2V≤1.5VCMOS,1.8VCMOS,2.5VCMOS,1.8VCMOS(1)SN74AVC16T245(1)VCCB≤3.6V3.3VLVTTL/LVCMOSSN74AVC20T245(1)SN74AVC24T21.5VCMOS,1.8VCMOS,2.5VCMOS,2.5VCMOS45(1)SN74AVC32T245(1)3.3VLVTTL/LVCMOS1.5VCMOS,1.8VCMOS,2.5VCMOS,3.3VCMOS3.3VLVTTL/LVCMOS1.8VCMOS,2.5VCMOS,3.3V1.8VCMOSLVTTL/LVCMOS,5VCMOS1.8VCMOS,2.5VCMOS,3.3V2.5VCMOSLVTTL/LVCMOS,SN74LVC1T45SN74LVC2T255VCMOS1.65V≤VCCA≤5.5V1.65V≤SN74LVC8T25(1)(2)VCCB≤5.5V1.8VCMOS,2.5VCMOS,3.3VSN74LVC16T25(1)(2)3.3VLVCMOS/LVTTLLVTTL/LVCMOS,5VCMOS1.8VCMOS,2.5VCMOS,3.3V5VCMOSLVTTL/LVCMOS,5VCMOS(2)在开发时，请访问了解可用性。TI对自2004年1月以来发布的双电源电平转换器件采用了易于理解的命名惯例。图4显示了SN74AVC8T245器件名称的解释。除非在数据表中另行声明，否则使用此命名惯例的转换器的控制电路均由VCCA供电。图图4.4.双双电电源源电电平平转转换换器器件件命命名名规规则则具有漏极开路输出的器件在输出与GND之间有一个N沟道晶体管。这些器件可在图5所示的电平转换应用领域中使用。输出电压由VCCB确定。VCCB可以高于输入高电平电压（上升转换）或低于输入高电平电压（下降转换）。在与各种电源电压节点互相转换时，漏极开路器件非常有用。但是，这种电平转换方法也存在一些缺点。例如，当驱动器的输出为低且输出N沟道晶体管导通时，会有一个恒定的电流经过电阻Rpullup和晶体管T1从VCCB流向GND。这会导致较高的系统功耗。使用较大值的上拉电阻可以使此电流降至最小。但是，较大的电阻也会使输出信号的上升速度变慢，因为电阻Rpullup和输出负载的RC时间常数较大。选择正确的电平转换解决方案4ZHCA047–2004年6月=3.3VVDPU=5VRpullupReceiverT1Open-DrainDriver(e.g.,SN74LVC1G07)3.13.1应应用用示示例例--使使用用SN74LVC2G07SN74LVC2G07的的电电平平转转换换Vin1=1.8-VCMOSSignalsVin2=3.3-VLVTTL/LVCMOSSignals1AGND2ARPU1RPU21YVCC2YVPU1=5VVCC=1.8VVPU2=1.8VRPU(min)VPU
VOLIOL(max)漏极开路器件图图5.5.使使用用漏漏极极开开路路器器件件的的电电平平转转换换漏极开路器件的优点：•可与各种电压节点互相进行上升转换和下降转换•可在有线OR接口中使用图6显示了SN74LVC2G07的