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双向自动识别电平转换芯片,具有电平转换功能的芯片

时间:2023-05-05 05:43:43 阅读:26503 作者:2586

TXB0304作为新一代自动识别方向的电平转换芯片,跟上一代同类器件TXB0104相比,具有更低的工作电压(0.9V)、更高的转换速率(1.8V-3.3V间电平转换时最高速率140MBPS)、以及更小的封装等优势。也正是因为需要在较低工作电压时也能达到较高的转换速率,芯片在某些关键参数设计上,也跟上一代产品有所不同,比如ONE-SHOT输出电路的MOS管内阻必须要设计得更小一些。这就要求在某些特殊情况下应用时(比如输出PCB走线较长),需要额外留意电路原理图的设计和PCB布线设计,以减轻输出过冲和震荡的现象。

TXB0304的工作原理

作为双电源双向电平转换,TXB0304通过检测外部端口的驱动电流来判断转换方向,因此不需要外部方向控制引脚,可以选择控制设备转换的方向。 工程师在使用它时非常省事,在软件上也不需要考虑什么时候应该改变方向。

如上面左侧的框图所示,如果a侧外置的主端口为输出端口,则无论输出高电平还是低电平,其输出端都会流过一定的驱动电流。 另一方面,假设连接在b侧的从站设备为输入端口时,输入端口为高电阻输入特性,高电阻输入端口本身不向外部提供驱动电流。

因此,a侧的输入电平反转时,输入信号的上升沿会触发,图中上端的One-Shot电路断开。 也就是说,在MOS管T1断开的瞬间,由于T1的低内阻,b侧的电平迅速上升到高电平,然后T1闭合,通过图中的U2维持高电平输出。 请注意b侧的输出电平参照Vccb,a侧的输入电平参照Vcca。 因此,a侧输入的1.8v(vcca )为高电平,TXB0304变换后,输出为3.3v (vccb )的高电平。n0 ) :f! [6 _9 k

当a侧输入电平从高电平变化为低电平时,由于输入信号的下降,图中下端的One-Shot电路打开,即MOS管T2瞬间急速打开,由于T2的低内阻,b侧的信号电平急速下降,由于U2的输出,低电平的信号电平

信号从b侧切换到a侧时的动作原理相同。

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这是因为,TXB0304的共同注意事项要求外部芯片的输出驱动能力为3mA以上,以通过TXB0304从外部输入驱动电流来实现方向转换的识别。 太弱的输出电流驱动能力使TXB0304无法正常工作,因此TXB0304非常适合推挽式输出类型的端口,例如常见的SPI、UART、I2S/PCM …等信号接口。

另外,请注意TXB0304的A/B两侧不同时存在强的外部输入驱动电流。 这样会打开两个方向上的转换通道,使两侧的输出端口振动,根本无法工作。 这最常见的是将TXB0304错误地用于需要添加上拉电阻(诸如I2C和MDIO )的信号电平转换。 如果A/B两侧施加较强的上拉,输入电流会流入A/B两侧,导致TXB0304无法正常工作。 2U8F1A(V )8(#KP

如果为了电路的应用而必须外置上拉或下拉电阻,则上拉/下拉电阻的电阻值最好大于20K,且在50K以上。 这使上拉电流相对较小,不会干扰TXB0304的正常运行,通常由外部设备的推挽结构(Push-Pull )输出端口驱动。

仅用作单向电平转换时,即使对输入端子施加上拉电阻也没有任何问题。

TI公司的另一器件TXS0104专用于I2C/SMBUS/MDIO等OC/OD栅极输出信号的电平转换,可以在AB两侧同时施加上拉电阻,其内部也集成了10K的上拉电阻。

TXB输出走线注意事项使用TXB0304时,输出波形质量差,过冲和下冲严重,同时也可能伴有振铃,这种情况直接导致系统后级芯片无法采样到准确的高低水平,出现异常。

现场分析和波形测试结果表明,使用TXB0304时,其输出端口远离后级负载芯片,阻抗匹配电阻靠近负载器件的输入端口远离TXB0304。

如上所述,由于TXB0304即使在低工作电压下也需要确保高转换速率,所以其One-Shot加速电路的MOS管内部电阻被设计得非常小,在Vcc=3.3V时典型值仅为2.5欧姆,上一代TXB0104的VCC=

输出负载走线较长时,信号线的反射会变大,另外,TXB0304的One-Shot电路的内阻极低,容易发生大的过冲,因此需要改善输出侧的阻抗匹配。 选择适当的匹配电阻值和将匹配电阻置于非常接近TXB0304输出引脚的位置可以有效地改善阻抗匹配效果。 实测表明,合适的匹配电阻和正确的配置位置对输出波形的改善效果明显。 下图为不加匹配电阻的输出波形,可知电压过冲,返回2.5V。 下图2施加阻抗匹配电阻后,电压恢复到3.0V,达到非常安全的高电平以上。

另外,由于TXB0304的One-Shot输出阻抗非常低,因此在快速接通/断开的瞬间,负载电感引起的反电动势也容易影响供给电压。 因此,在Vcc馈电引脚上附加合适的去耦滤波电容器,对提高输出波形的质量也起到非常重要的作用。 建议在非常接近Vcc引脚的地方同时使用0.01uF、0.1uF和1uF的去耦滤波电容器。 这对于TXB0304的稳态输出和过渡电平的反转非常有效。

下图为推荐的串联电阻配置位置、去耦电容值的选择和配置位置。

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