邏輯電平轉(zhuǎn)換技術(shù)的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)

　　對(duì)一個(gè)字節(jié)或詞長(zhǎng)度的總線進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，讀或?qū)懙男盘?hào)可以用來(lái)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)。對(duì)較小的單線或雙線總線進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換時(shí)，如Maxim MAX3370–MAX3393系列等轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部電路可使器件在所有電平級(jí)工作，支持由低到高或高到低的混合邏輯電平轉(zhuǎn)換，也可以進(jìn)行單向和／或者雙向轉(zhuǎn)換。圖4顯示了MAX3373芯片，省去了單獨(dú)的使能腳，同時(shí)集成了一個(gè)加速開(kāi)關(guān)從而將電容負(fù)載對(duì)信號(hào)速度的影響降至最低。這樣，推挽式驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的信號(hào)可以以高達(dá)20Mbps的速度傳輸數(shù)據(jù)。

　　然而，使用總線開(kāi)關(guān)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換也有一些缺點(diǎn)。如圖5所示，德州儀器的SN74CB3T3306含有兩個(gè)1-位總線開(kāi)關(guān)，在3伏的VCC下工作，用來(lái)作為一個(gè)3伏的總線和5伏(TTL)總線間的連接。

　　將3伏總線和5伏總線連接時(shí)，5伏一方的VOH信號(hào)會(huì)箝位在大約2.8伏。盡管這對(duì)于5伏的TTL器件還是一個(gè)合理的VIH電平，但它的噪音區(qū)間較小，大約為2.8伏-2.0伏=800豪伏。此外，因?yàn)镃B3T的高輸出沒(méi)有完全輸送到VCC，5伏接收器消耗的功率較多。

　　另外，如果一個(gè)CB3T器件被用作3伏CMOS總線和5伏CMOS邏輯元件的連接，就需要一個(gè)負(fù)載電阻，因?yàn)?.8伏不夠作為5伏CMOS邏輯元件的VIH電壓。

　　雙重輸入電平轉(zhuǎn)換

　　雙重輸入器件可以解決不同電平間邏輯連接時(shí)帶來(lái)的某些速度和消耗功率的問(wèn)題。這些器件使用兩個(gè)輸入電壓，將在VCCA下工作的Ａ方連接到VCCB下工作的Ｂ方。同時(shí)提供一個(gè)DIR輸入，使器件可以進(jìn)行Ａ到Ｂ或Ｂ到Ａ的雙向轉(zhuǎn)換。雙重輸入器件有很多不同的位寬，并且涵蓋差不多所有現(xiàn)今使用的輸入電壓。

　　雙重輸入器件的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是主動(dòng)驅(qū)動(dòng)電流，使他們可以解決使用負(fù)載電阻時(shí)CR負(fù)載帶來(lái)的信號(hào)邊沿減緩的問(wèn)題。需要時(shí)，他們也可以在較長(zhǎng)的走線長(zhǎng)度下使用。這些器件有很多種設(shè)置，包括多組器件，例如74AVCB320245。這種器件使用四組，每組8位，這樣，一組可以用來(lái)將3.3伏轉(zhuǎn)換為1.8伏，而另一組將1.8伏轉(zhuǎn)換為3.3伏。主要的制造商都提供74AVC系列器件，包括德州儀器、NXP、Fairchild和意法半導(dǎo)體。

　　隨著邏輯技術(shù)向更低的工作電壓發(fā)展，使用TI AUC或類似技術(shù)的新總線電平轉(zhuǎn)換器件也已經(jīng)出現(xiàn)，可以對(duì)介于1.1伏到3.3伏間的電平進(jìn)行上下轉(zhuǎn)換。此外，非74系列的電平轉(zhuǎn)換器件，例如Fairchild的FXL系列或意法半導(dǎo)體的STxG器件利用雙重輸入的靈活性，實(shí)現(xiàn)系列存儲(chǔ)卡，I2C端口或UART等器件的連接。FXL系列可以對(duì)介于1.0伏到3.3伏間的電平進(jìn)行上下轉(zhuǎn)換。意法半導(dǎo)體的電平轉(zhuǎn)換器可以處理1.4伏到最高5.5伏的電平轉(zhuǎn)換，接口范圍包括從1位(ST1G)到16位(ST16G)不等。

　　這些新出現(xiàn)的系列器件一般都大量使用節(jié)能技術(shù)和超小型包裝，例如QFN無(wú)鉛或μTFBGA技術(shù)，支持便攜式和使用電池的產(chǎn)品，例如手機(jī)、照相機(jī)、個(gè)人媒體播放器和掌上電腦等。

　　無(wú)方向電平轉(zhuǎn)換

　　電平轉(zhuǎn)換的下一步是使轉(zhuǎn)換方向不再受處理器軟件的控制。擁有TXB01xxx和TXS01xxx系列的德州儀器公司已經(jīng)通過(guò)更復(fù)雜的基于CMOS邏輯反向器和針對(duì)緩沖類轉(zhuǎn)換器的推挽結(jié)構(gòu)做到這一點(diǎn)，另一種方法是集成負(fù)載電阻和流通晶體管做成自動(dòng)探測(cè)方向的開(kāi)關(guān)式轉(zhuǎn)換器。德州儀器的自動(dòng)探測(cè)方向轉(zhuǎn)換器在不同的界面電平下，特別適合點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。他們可以通過(guò)省下傳統(tǒng)電平轉(zhuǎn)換器需要的控制方向的信號(hào)，提高下一代處理器和配套器件的連接性。這可以降低控制軟件的復(fù)雜性，同時(shí)在核心處理器上節(jié)省珍貴的GPIO信號(hào)。這些部件有自動(dòng)的可重新設(shè)置的輸入/輸出緩沖，因此每一個(gè)輸入/輸出端口同時(shí)設(shè)置為輸入和輸出。

　　本文小結(jié)

　　接下來(lái)幾代的CMOS封裝流程將在越來(lái)越低的輸入電壓下運(yùn)行。設(shè)計(jì)師需要能夠使用這些低壓器件，從而利用最新的高速、低功率硅晶體，但同時(shí)必須能夠同其他的次級(jí)系統(tǒng)元件相連，例如液晶顯示屏。這需要收發(fā)器在較高電壓下運(yùn)行，因此帶來(lái)對(duì)電平轉(zhuǎn)換功能的需求。

　　目前已有很多邏輯器件可以滿足設(shè)計(jì)師最低工作電壓的要求，低至0.8伏的邏輯電平和1.2伏的其他器件，例如微型控制器、FPGA、ASIC和ASSP，到高達(dá)3.3伏或5伏CMOS電壓下工作的電路進(jìn)行連接。一如既往，需求總是在功耗、速度、尺寸和成本間衡量選擇。