申矽凌自动检测方向的开关型电平转换器产品系列

　　随着半导体制程的演进，新一代电子系统的主芯片的端口电压愈来愈低，但与之配套的外围器件(传感器、执行器、存储器等)出于成本、性能的考量，大多仍工作于较高的电压域。为了保证这些高电压外围设备与低压主控能够正常通信，需要在不同电压域系统之间接入电平转换器。

　　申矽凌可提供开关型电平转换器，满足各类通信端口(推挽或开漏)电平转换的需求。

　　产品概述

　　申矽凌开关型电平转换器，具有较宽的工作电压范围。芯片自动识别电平转换方向，减轻工程师的设计负担。申矽凌的电平转换芯片采用行业标准引脚排布和标准封装，可实现通用型号的无感替代。

　　申矽凌开关型电平转换器主要分为两类，分别为开关型电平转换器和内置沿加速器的开关型电平转换器：

　　开关型电平转换器

　　此类电平转换器适用于开漏应用和推挽应用。如图2所示，开关型电平转换芯片内部存在一个N型传输门，两个端口通过传输门连接在一起，端口外部则通过上拉电阻连接到不同的电平上。

　　开关型电平转换器的工作原理是：当一端传来低电平时，传输门打开，两个端口导通，另一端被同步拉到低电平，以此完成低电平的传输;当一端为高电平时，传输门关闭，另一端被同侧的上拉电阻拉抬到相应电平上，从而实现高电平的转换。

　　开关型电平转换器主要特性：

　　双向电平转换，无需方向引脚

　　低待机电流

　　可支持5V I/O端口，支持TTL电平

　　Ron小，信号失真小

　　芯片关断后，I/O呈现高阻

　　支持高达100MHz的传输速率

　　支持1V转1.8V或3.3V以及1.8V转3.3V

　　支持多种常用封装

　　额定工作温度范围为-40℃到85℃

　　开关型电平转换器主要应用场景：

　　GPIO，MDIO，PMBus，SMBus，SDIO，UART，I2C，I3C

　　个人电脑

　　汽车

　　SD/MMC卡

　　图1 四通道开关型电平转换器CAG94204F内部架构图

　　图2 CAG94204F典型电路图

　　内置沿加速器的开关型电平转换器

　　由于开关型电平转换芯片的高电平的形成只能依靠上拉电阻(通常为数千欧姆级别)对端口充电实现电平的抬升，上升沿爬升快慢和上拉电阻的大小成反比，传输速度因此受限。为进一步加快电平转换的速度，需要提升上升沿的陡峭程度。因此芯片设计师在开关型电平转换结构的基础上，又增加了沿加速电路(包括两个Oneshot电路及对应控制的两个MOS管T1和T2)。

　　图3 四通道带沿加速器的开关型电平转换器CAG94104S内部架构图

　　如图3所示，沿加速电路的工作原理为：当一端(例如端口A)传来高电平时，内部的沿加速电路(Oneshot)将快速打开另一端的MOS管(T2)，由于MOS管内阻仅有几十欧姆，远小于常用的外部上拉电阻(通常为千欧姆级别)，另一端端口(端口B)通过mos管得到电源(Vccb)的快速充电，被快速拉抬到相应的电平上(Vccb)，此时Oneshot电路完成其使命后，随即关闭其控制的MOS管(T2)，而另一端端口(端口B)的电平则被稳定保持在高电平(Vccb)上。由于有沿加速电路的加持，低电平到高电平的转换时间被大大缩短，通信速率由此得到提高。

　　内置沿加速电路的开关型电平转换器主要特性：

　　双向电平转换，无需方向引脚

　　Vcca电压范围1.65~3.6V;Vccb电压范围2.3~5.5V

　　Vcca和Vccb无上电时序要求

　　低待机电流

　　支持多种常用封装

　　支持开漏模式和推挽模式

　　额定工作温度范围为-40℃到85℃

　　内置沿加速电路的开关型电平转换器的主要应用场景：

　　GPIO，PMBus，SMBus，UART，I2C，SPI

　　个人电脑

　　汽车

　　电信设备

　　图4 CAG94104S典型电路图

　　申矽凌开关型电平转换器产品全家福如下：

　　产品封装

　　关于申矽凌

　　上海申矽凌微电子科技股份有限公司是一家专注于传感器芯片及混合信号芯片的高质量高性能半导体设计公司。自2015年成立以来，公司已成功研发并量产300多款具有完全自主知识产权、富有竞争力的芯片。产品广泛应用于工业、汽车、通讯及消费电子等领域。

　　申矽凌致力于把创新的传感器技术与成熟的集成电路工艺相结合，以“感知世界，芯向未来，助力安全、智能、环保新生活”为使命，立足中国、服务全球，为客户提供更高性价比的产品和服务。