Category:Voltage Translator

From ElectroDragon
Jump to navigation Jump to search

Logic Shifter

Selection Guide

Type Channel Package Type CN Chips
CD4050 6 - Single directional
TXS0102 2 SSOP8 Bi-directional
TXS0104 4 TSSOP14 Bi-directional
TXS0108 8 TSSOP20 Bi-directional
PCA9306 3 TSSOP8
BSS138 1 SOT23 Bi-directional
MAX3010 ? ?
74LVC8T245, 74HC245, 74HCT245 8 ? Single directional
74VHCT125PW, 74HCT125, 74HC125D 4 ? Single directional 明微 SM74HC245D, FM富满 74HC245C


Use Logic Level Shifter

Schematic

Simple method Logic shifter - Resistor ladder

Resistor ladder logic shifter.png
  • From 5V arduino SPI to 3.3V SD card SPI.
  • 2.4K serial connect to SD, and 4.7K pull to ground.
  • Not necessary for DO out from 3.3V SPI SD card.

TXB0108 VS TXS0108

  • TXB0108 - TXB0108PWR - YE08
  • TXS0108 - TXS0108EPWR -YF08E
  • TXB0108 is only used for push pull, it can not used at Open drain required, but TXS0108 can work both push pull and open drian.
  • TXS(开漏优化设计),如I2C
  • TXB(上拉优化设计),如SPI
  • 1.TXSxxx和TXB...二者的区别在于TXB不能用于OD应用,比如I2C,而TXS可以。另外,TXB0108和TXS0108二者的最大data rate也不同,UART应用中,建议采用TXB0108。
  • 2.关于输出乱码的问题,对比了下二者的datasheet,TXB0108和TXS0108的区别在于TXB0108具有Ioff的特性,也就是说当VCCA掉电的时候,Bport输出高阻抗,或者VCCB掉电的时候,Aport输出高阻抗,但TXS0108没有此特性。
  • https://e2echina.ti.com/question_answer/analog/interface_and_clocks/f/59/t/52712

Methods

电平转换方法 5种电平转换方法分别是,下午我们会从速率、驱动能力、漏电流、成本、通道数五个维度评价。:

  • 1) 晶体管电平转换方法;
  • 2) 专用电平转换芯片;
  • 3) 限流电阻电平转换方法;
  • 4) 电阻分压电平转换方法;
  • 5) 二极管电平转换方法;

使用晶体管转换电平

如下图1,使用2个NPN三极管,将输入信号电平VL和转换为输出电平VH,使用2个三极管的目的是将输入和输出信号同相,如果可以接受反相,使用一个三极管也可以。

Transistor shifter.jpg

图1;晶体管进行电平转换 优势: 1) 便宜:三极管容易常见并且容易采购,价格低廉(批量几分钱一个)。 2) 驱动能力强:驱动能力取决于三极管,可以做到数十mA; 3) 漏电流低:I、和OUT两者之间的漏电流较小(uA级别),几乎可以忽略不计。 劣势: 1) 速度:两级三极管属于电流驱动型,加上电路和寄生电容,转换后的波形不是十分理想。一般只能用于100K以内的信号转换。 2) 器件多:同相转换需要2个三极管以及配套的电阻,多路转换时占用空间较多。

2、使用专用电平芯片转换电平

如下图2,使用专用的电平转换芯片,分别给输入和输出信号提供不同的电压,转换由芯片内部完成,例如MCP2551/3221等电平转换芯片。专用芯片是可靠的电平转换方案,5个优点里面占据了4个,除了成本。

Chip shifter.jpg

图2; 专用电平转换芯片 优势: 1) 驱动能力强:专用芯片的输出一般都使用了CMOS工艺,输出驱动10mA不在话下。 2) 漏电流几乎为0:内部是一些列的放大、比较器,输入阻抗非常高,一般都达到数百K。漏电流基本都是nA级别的。 3) 路数较多:专用芯片针对不同的应用,从2路到数十路都有,十分适合对面积要求高的场合。 4) 速率高:专用芯片由于集成度较高,工艺较高,,速率从数百K到数百M的频率都可以做。 劣势: 1) 成本:专用芯片集众多优势于一身,就是成本是大的劣势,一个普通的数百K速率的4通道电平转换芯片,价格至少要1元人民币以上,如果使用三极管做,成本2毛钱都不到。

3、使用电阻分压转换电平

如下图3,R2和R3构成分压,下图中Vgprs=3.3*5.6K/(1K+5.6K)=2.8V。GPRS模块的的TX由于在发送端,2.8V在右边的接收范围内,所以不需要分压,只需要增加一个电阻限流。

Voltage shifter.jpg

图3; 电阻分压法电平转换 优势: 1) 便宜:便宜是大的优点,2个电阻一分钱不到; 2) 容易实现:电阻采购容易,占用面积小。 劣势: 1) 速度:分压法为了降低功耗,使用K级别以上的电阻,加上电路和器件的分布和寄生电容,速率很难上去,一般只能应用于100K以内的频率。 2) 驱动能力:由于使用了大阻值的电阻,驱动能力被严格控制,并不适合需要高驱动能力的场合,例如LED灯等 3) 漏电:漏电是该方案大的缺点,由于通过电阻直连,左右两端的电压会流动,从而互相影响。例如,RS232接口采用该方案,上电瞬间外设就给主芯片提供2.8V的电平,轻则影响时序导致主芯片无法启动,重则导致主芯片闩锁效应,烧毁芯片。

4、使用电阻限流转换电平

有一些技高人胆大的工程师,有时候还会使用一个电阻限流的办法,实现两个不同电平之间的转换。具体的现实原理就是利用芯片的输入电流不超过某个值,例如74HC系列的芯片的输入电流值不能超过20mA,即可认为是安全的,如果是5V转3.3V,只要电阻>(5-3.3V)/20mA=85Ω,选择一个1K的电阻,则认为是安全的。因为芯片内部是可以等效一个负载电阻RL,与R1构成分压的关系。

Voltage shifter-2.jpg

图4;电阻限流法电平转换 优势: 1) 便宜:便宜是大的优点,只需要一个电阻就解决。 2) 容易实现:电阻采购容易,占用面积小。 劣势: 1) 使用电阻限流法需要具备很高超的技术(作者自认为无法驾驭),不仅需要十分熟悉芯片内部的构成,而且还要考虑限流后的电压范围,关键的是,出问题了以后还容易和芯片厂家扯皮,使用这类方案的工程师,胆是大了,技不一定高。

5、使用二极管钳位转换电平

有一些工程师还经常使用二极管钳位的方法进行电平转换,如下图左是3.3V转5V,当3.3V电平为高时,5V输出电压=3.3V+Vd=3.3+0.7≈4V,到达5V的高电平阈值,当3.3V电平输出为低时,5V电平输出电压约=Vd≈0.7V,在低电平阈值范围内。 如下图右是5V转3.3V,输入是高电平时,3.3Vout=3.3V+Vd≈4V,当5V电平输入为低电平时,3.3Vout=0V。

Diode-shifter.jpg

图5:3.3V转5V(左),5V转3.3V(右) 优势: 1) 漏电流小:由于二极管的漏电流非常小(uA级),可以单向防止电源倒灌,防止3.3V倒灌到5V。 2) 容易实现:二极管、电阻采购容易,占用面积小。 劣势: 1) 电平误差大:主要是二极管的正向压降较大,容易超出芯片的工作电压范围。 2) 单向防倒灌:只能单向防止倒灌,不能双向防止倒灌。 3) 速度和驱动能力不理想:由于电阻限流,驱动速度和能力均不理想,只能应用在100K以内的频率。 4) 所需器件较多。

Logic Gates

INPUT OUTPUT
A B A NAND B
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
  • NC7SZ00 - NAND

Hex Invert

Design Guidelines

  • 2.8V can be compatible to 3.3V
  • 2.8V is NOT be compatible to 1.8V

Documents

Pages in category "Voltage Translator"

The following 3 pages are in this category, out of 3 total.