ZHCAC09 January 2023 LSF0102 , SN74LXC1T45 , SN74LXC2T45 , SN74LXC8T245 , TXS0102 , TXS0104E , TXU0101 , TXU0102 , TXU0104 , TXU0204 , TXU0304
工業(yè)、通信、企業(yè)、個人電子產(chǎn)品和汽車等市場領(lǐng)域的電子系統(tǒng)設(shè)計都變得更加智能、更節(jié)能、更互聯(lián)。電子系統(tǒng)的這些市場趨勢正在促使系統(tǒng)設(shè)計人員采用微處理器、FPGA 和應(yīng)用專用處理器 (ASSP) 方面的新型處理技術(shù)，這些技術(shù)具有更多功能并能更低的功率級別運(yùn)行。我們正在使用非常小的硅工藝幾何尺寸開發(fā)新的處理器技術(shù)，從而使處理器內(nèi)核電壓遠(yuǎn)低于傳感器、光收發(fā)器和 HMI 模塊等外設(shè)器件上常見的傳統(tǒng)電壓電平。選擇系統(tǒng)中的所有器件以相同的 I/O 電壓運(yùn)行實際上是不可能的，尤其是對于較大的系統(tǒng)而言。在過去 20 年中，采用與存儲器器件相同的硅工藝尺寸后，處理器技術(shù)的內(nèi)核電壓電平顯著降低。如下圖 1 所示，存儲器已從 3.3V Vdd（當(dāng)時 SDR（單數(shù)據(jù)速率）是出色的存儲器接口標(biāo)準(zhǔn)）轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠹s 1V Vdd 電平（使用當(dāng)今的 DDR4（雙倍數(shù)據(jù)速率）和 DDR5 存儲器接口）。高度集成的處理器和存儲器器件向低于常見電壓軌（例如 3.3V 和 1.8V）的內(nèi)核電壓遷移，這也導(dǎo)致了這些器件可支持的 I/O 電壓向下擴(kuò)展。新型低功耗處理器、ASSP 和 FPGA 器件可支持的 I/O 電壓降低，使系統(tǒng)設(shè)計人員面臨設(shè)計挑戰(zhàn)，因為他們嘗試將這些處理器與需要在更高 I/O 電壓電平下運(yùn)行的外設(shè)進(jìn)行互連。系統(tǒng)設(shè)計人員需要根據(jù)與 I/O 電壓無關(guān)的參數(shù)（例如數(shù)據(jù)速率、靈敏度和驅(qū)動強(qiáng)度等）選擇外設(shè)。低功耗處理器和外設(shè)之間的 I/O 電平不匹配通常是由接口類型和信號標(biāo)準(zhǔn)太多導(dǎo)致的。I2C、SPI、MDIO、RGMII、SMBus、I2S、GPIO 等接口和許多其他接口通常需要在處理器和外圍器件之間進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)設(shè)計人員正在轉(zhuǎn)向集成電平轉(zhuǎn)換器的 IC 器件，從而以簡單、高效且具有成本效益的方式解決其設(shè)計中器件之間的 I/O 電平不匹配問題，而不必犧牲系統(tǒng)性能。請參閱下圖 1，了解可能需要基于系統(tǒng)處理器 I/O 配置方式進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的常見系統(tǒng)外設(shè)。電平轉(zhuǎn)換器件具有多種電壓電平范圍、通道配置和 I/O 類型。德州儀器 (TI) 提供了大量的電平轉(zhuǎn)換解決方案產(chǎn)品系列，這些解決方案能夠滿足大多數(shù)處理器到外設(shè)互連的電平轉(zhuǎn)換需求。德州儀器 (TI) 電平轉(zhuǎn)換產(chǎn)品系列包括方向控制、自動雙向、固定方向和應(yīng)用特定的電平轉(zhuǎn)換器件，支持推挽和開漏 I/O 類型。選擇與處理器或 FPGA 配合使用的電平轉(zhuǎn)換器件將取決于可用的 I/O 資源、使用的控制接口以及在 FPGA 或處理器中配置的 I/O 類型等因素。系統(tǒng)設(shè)計人員在選擇電平轉(zhuǎn)換器器件時的主要考慮因素包括需要轉(zhuǎn)換的電壓電平、需要轉(zhuǎn)換的位數(shù)或通道數(shù)、所需的電流驅(qū)動、數(shù)據(jù)速率和方向性。對于 SPI、UART 和 JTAG 等常見接口類型，TI SN74AXC、SN74LXC、TXU 和 TXB 系列的推挽式電平轉(zhuǎn)換器件可以提供易于實施的解決方案，并采用業(yè)界通用封裝。對于 I2C、SMBus 和 MDIO 等開漏接口，TI 的 TXS 和 LSF 電平轉(zhuǎn)換系列提供了具有成本效益的解決方案，這些解決方案采用各種通道數(shù)和業(yè)界通用封裝類型。有關(guān)常用接口類型的推薦電平轉(zhuǎn)換器件列表，請參閱表 1。更多有關(guān) TI 所有電平轉(zhuǎn)換解決方案的信息，請訪問 TI 的電平轉(zhuǎn)換登錄頁面。
圖 1-1 DDR 存儲器電壓隨時間變化的趨勢
圖 1-2 需要電平轉(zhuǎn)換的潛在系統(tǒng)外設(shè)和子系統(tǒng)| 轉(zhuǎn)換電平 | ||
|---|---|---|
| 接口 | 最高 3.6V | 最高 5.5V |
| FET 更換 | 2N7001T | SN74LXC1T45 / TXU0101 |
| 1 位 GPIO/時鐘信號 | SN74AXC1T45 | SN74LXC1T45 / TXU0101 |
| 2 位 GPIO | SN74AXC2T245 | SN74LXC2T45 / TXU0102 |
| 2 引腳 JTAG/UART | SN74AXC2T45 | SN74LXC2T45 / TXU0202 |
| I2C/MDIO/SMBus | TXS0102 / LSF0102 | TXS0102 / LSF0102 |
| IC-USB | SN74AVC2T872 / TXS0202 | 不適用 |
| 4 位 GPIO | SN74AXC4T245 | TXB0104 / TXU0104 |
| UART | SN74AXC4T245 | TXB0104 / TXU0204 |
| SPI | SN74AXC4T774 / TXB0104 | TXB0104 / TXU0304 |
| JTAG | SN74AXC4T774 / TXB0104 | TXB0104 / TXU0304 |
| I2S/PCM | SN74AXC4T774 / TXB0104 | TXB0104 / TXU0204 |
| 四通道 SPI | TXB0106 | TXB0106 |
| SDIO/SD/MMC | TXS0206 / TWL1200 | 不適用 |
| 8 位 GPIO/RGMII | SN74AXC8T245 | SN74LXC8T245 |