應(yīng)用于智能手機的邏輯電平轉(zhuǎn)換方案
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因此，智能手機等便攜產(chǎn)品中的不同IC與外設(shè)模塊之間存在輸入/輸出電壓失配問題，要使這些器件與模塊之間互相通信，需要高效的邏輯電壓電平轉(zhuǎn)換。所謂的邏輯電平轉(zhuǎn)換器即連接不同工作電壓的IC與模塊或印制電路板(PCB)，提供系統(tǒng)集成解決方案。
傳統(tǒng)邏輯電平轉(zhuǎn)換方法及其優(yōu)缺點
圖1：邏輯電平轉(zhuǎn)換器應(yīng)用示意圖
表1：傳統(tǒng)邏輯電平轉(zhuǎn)換方法及優(yōu)缺點。
由于晶體管-晶體管邏輯(TTL)和互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)是邏輯電路中的標準電平，因傳統(tǒng)邏輯電平轉(zhuǎn)換方法中，TTL-CMOS輸入轉(zhuǎn)換很常見。這種轉(zhuǎn)換方法簡單，成本低，主要用于低電平至高電平轉(zhuǎn)換，也能用于轉(zhuǎn)換高電平至低電平。這種轉(zhuǎn)換方法也存在一些缺點。其它傳統(tǒng)邏輯電平轉(zhuǎn)換方法還有過壓容限(OVT)電壓轉(zhuǎn)換、漏極開路(OD)/有源下拉轉(zhuǎn)換和分立I2C轉(zhuǎn)換等，各有其優(yōu)缺點，參見表1。
雙電源邏輯電平轉(zhuǎn)換及應(yīng)用
邏輯電平轉(zhuǎn)換中會消耗功率。例如，在低至高電平轉(zhuǎn)換中，為了輸出高邏輯電平，輸入電壓(Vin)低于VCC，電源電流變化(ΔICC)始終較高，因此功耗也較高。為了解決高功耗的問題，可以采用雙電源電壓(VCCA及VCCB)邏輯電平轉(zhuǎn)換器，在邏輯電源電壓(VL)等于Vin時，ΔICC就為0，從而降低功耗。
常見雙電源邏輯電平轉(zhuǎn)換包括單向轉(zhuǎn)換、帶方向控制引腳的雙向轉(zhuǎn)換、自動感測雙向轉(zhuǎn)換(推挽型輸出)及用于漏極開路應(yīng)用(如I2C)的自動感測雙向轉(zhuǎn)換等，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。
圖2：幾種雙電源邏輯電平轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖。
在這些雙電源邏輯電平轉(zhuǎn)換方法中，單向邏輯電平轉(zhuǎn)換的原理就是在輸出啟用(Output Enable,)為低電平時，提供A點至B點轉(zhuǎn)換；而在輸出啟用為高電平時，A、B之間呈現(xiàn)高阻態(tài)(Hi-Z)，通常當作電阻無窮大來處理，相當于沒有接通。常見的雙電源單向邏輯電平轉(zhuǎn)換器有如安森美半導(dǎo)體的NLSV1T34AMX1TCG、NLSV2T244MUTAG、NLSV4T3234FCT1G、NLSV8T244MUTAG、NLSV22T244MUTAG等。這些雙電源單向邏輯電平轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用包括通用輸入輸出(GPIO)端口、串行外設(shè)接口(SPI)端口和通用串行總線(USB)端口等。
帶方向控制引腳的雙向邏輯電平轉(zhuǎn)換器的工作原理是：引腳和方向控制(DIRection，T/)引腳均為低電平時，提供B點至A點轉(zhuǎn)換；引腳為低電平、T/引腳為高電平時，提供A點至B點轉(zhuǎn)換；而在引腳為高電平時，A點至B點方向和B點至A點方向均處于高阻態(tài)，相當于沒有接通。安森美半導(dǎo)體即將推出帶方向控制引腳的雙向邏輯電平轉(zhuǎn)換器。這類轉(zhuǎn)換器的常見應(yīng)用是以字節(jié)(byte)訪問的存儲器及I/O器件。
自動感測雙向邏輯電平轉(zhuǎn)換器(推挽型輸出)的工作原理是：啟用(EN)引腳為低電平時，轉(zhuǎn)換器處于待機狀態(tài)；EN引腳為高電平、I/O電平不變時，轉(zhuǎn)換器處于穩(wěn)態(tài)；EN引腳為高電平、I/O電平變化時，轉(zhuǎn)換器檢測到變化，并產(chǎn)生脈沖，I/O藉P溝道MOSFET(PMOS)上拉至更快。典型的自動感測方向雙向邏輯電平轉(zhuǎn)換器(推挽型輸出)有如安森美半導(dǎo)體的NLSX3012MUTAG、NLSX3013FCT1G、NLSX3013BFCT1G、NLSX4014MUTAG和NLSX3018MUTAG等。這類轉(zhuǎn)換器的常見應(yīng)用包括通用異步收發(fā)器(UART)、USB端口、4線SPI端口和3線SPI端口等。
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