ZHCAEI4 September 2024 PCA9306 , TCA39306 , TCA9548A

2 TCA39306 電平轉換示例

圖 2-1 是一種在 I²C 控制器和 I²C 目標器件之間使用 TCA39306 I3C 電平轉換器的電壓轉換應用。TCA39306 是無源器件，向后兼容 I²C。

圖 2-1 使用 TCA39306 電平轉換器的電壓轉換示例

該示例的電氣設置如下：

R_PU = 10kΩ

V_CC1 = 3.3V

V_CC2 = 5.0V

TCA39306 設置為電平轉換模式。TCA39306 EN 和 V_REF2 引腳已短接在一起（EN 和 V_REF2 引腳連接表示為 EN+REF2）。這實際上會形成一個類似二極管的結構，將 V_EN+REF2 電壓設置為：

方程式 1.

V_{E N + R E F 2} = 3 . 3V + V_{T H}

其中，V_TH 是室溫下大約 0.6V 的 passFET 閾值電壓。在電平轉換器中，將 SCL1 連接到 SCL2 并將 SDA1 連接到 SDA2 的每個 FET 的柵極會偏置到該 V_EN+REF2 電壓。因此，每個 passFET 柵極電壓會調整為：

方程式 2.

V_{G A T E} = 3 . 3V + V_{T H}

源極電壓是上拉電阻器連接引起的電源電壓，V_SOURCE = 3.3V。

方程式 3.

V_{G S} = 3 . 3V + V_{T H} - 3.3 V = V_{T H}

由于 V_GS = V_TH，passFET 位于截止區(qū)域的邊緣。當控制器拉至 V_OL = 0.4V 的邏輯低電平時，源極電壓等于開漏驅動器的 V_OL。V_SOURCE = V_OL = 0.4V。因此，柵源電壓變?yōu)椋?/p>

方程式 4.

V_{G S} = V_{G A T E} - V_{S O U R C E} = 3 . 9V - 0 . 4V = 3 . 5V > V_{T H} = 0 . 6V

passFET 充當線性工作區(qū)域中的開關，并且由于 3.5V 遠高于閾值電壓，因此會強導通。電流從兩個電源軌 V_CC1 和 V_CC2 流經(jīng)上拉電阻器，再經(jīng)由控制器的開漏驅動器流向 GND，如圖 2-2 所示。

圖 2-2 控制器將 SDA 拉至低電平

當控制器釋放總線時，SDA 通過上拉電阻器上升回 V_CC1。V_GS 會降低，并且 passFET 進入類似于高阻抗狀態(tài)的截止區(qū)域。由于 passFET 漏極和源極端子是可互換的，因此目標器件可以將 SDA 總線拉低。在圖 2-3 中，目標器件將 SDA 拉至低電平 (V_OL = 0.4V)。一旦 V_GS 超過 V_TH = 0.6V，內部 passFET 就會導通，電流會從兩個電源通過開漏驅動器流向 GND，類似于控制器在第一個示例中被拉低的情況。

圖 2-3 目標器件將 SDA 拉至低電平

passFET 的簡單設計可實現(xiàn)無縫雙向電平轉換。TCA39306 可實現(xiàn)兩個電源軌之間的 I2C 電平轉換。在邏輯低電平狀態(tài)下，控制器和目標器件都會檢測到 V_OL = 0.4V。在邏輯高電平狀態(tài)下，由于 passFET 在 TCA39306 內部產(chǎn)生分離，控制器會檢測到 3.3V 電壓，而目標器件會檢測到 5.0V 電壓。