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[導(dǎo)讀] 眾所周知,現(xiàn)在CPU供電電壓有越來(lái)越低的趨勢(shì),然而外圍功能模塊的供電電壓跟不上CPU供電電壓下降的速度,因此近些年來(lái),電子產(chǎn)品中出現(xiàn)電平不匹配的情況越來(lái)越多,常見(jiàn)的解決方法有以下幾種:1.晶體管+上拉電阻法就

 眾所周知,現(xiàn)在CPU供電電壓有越來(lái)越低的趨勢(shì),然而外圍功能模塊的供電電壓跟不上CPU供電電壓下降的速度,因此近些年來(lái),電子產(chǎn)品中出現(xiàn)電平不匹配的情況越來(lái)越多,常見(jiàn)的解決方法有以下幾種:

1.晶體管+上拉電阻法

就是一個(gè)雙極型三極管或MOSFET,C/D極接一個(gè)上拉電阻到正電源,輸入電平很靈活,輸出電平大致就是正電源電平。

2.OC/OD器件+上拉電阻法

和第一種非常類似,適用于器件輸出剛好為OC/OD的場(chǎng)合。

3.電阻分壓法

最簡(jiǎn)單的降低電平的方法,假設(shè)幅值5V電平,經(jīng)1.6k+3.3k兩個(gè)電阻對(duì)地分壓,就是3.3V.

4.專用電平轉(zhuǎn)換芯片

把所有功能都集成在一顆芯片內(nèi),并在芯片內(nèi)部做邊沿處理,體積小,速度快。

下面就著重講一下電平轉(zhuǎn)換芯片。所謂電平轉(zhuǎn)換芯片就是能連接兩個(gè)不同供電電壓的IC或是模塊,解決這些IC或是模塊的系統(tǒng)供電問(wèn)題,使這些IC或模塊能正常通信。一般評(píng)價(jià)一種電平轉(zhuǎn)換芯片的性能可以從以下幾個(gè)方面出發(fā):

1.解決電平匹配的能力,不簡(jiǎn)單于電平的轉(zhuǎn)換,還有噪聲容限等抗干擾問(wèn)題。

2.轉(zhuǎn)換速度,主芯片速率不斷提升,要保證傳輸信號(hào)的完整性。

3.電源時(shí)序的控制。

4.驅(qū)動(dòng)能力。

圖1:電平轉(zhuǎn)換芯片應(yīng)用示意圖

上圖中的電平轉(zhuǎn)換芯片是雙電源邏輯器件,常見(jiàn)的雙電源電平轉(zhuǎn)換芯片包括單方向轉(zhuǎn)換、帶方向控制的雙向轉(zhuǎn)換(獨(dú)立的方向控制引腳)、自動(dòng)感應(yīng)雙向轉(zhuǎn)換,其中自動(dòng)感應(yīng)雙向轉(zhuǎn)換還包括推挽式和漏極開(kāi)路式(I2C等應(yīng)用)兩種輸出形式。

圖2:雙向自動(dòng)感應(yīng)推挽輸出結(jié)構(gòu)圖

圖3:雙向自動(dòng)感應(yīng)漏極開(kāi)路輸出結(jié)構(gòu)圖

圖2和圖3是英聯(lián)半導(dǎo)體公司兩種輸出形式的雙向自動(dòng)感應(yīng)電平轉(zhuǎn)換芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,下面簡(jiǎn)單介紹一下芯片的工作方式,圖2是推挽輸出,這種輸出方式要求A、B端口不接上拉或下拉電阻,假如特定情況必須有上下拉電阻,那么阻值必須大于50k歐姆,否則A、B端口可能檢測(cè)不到高電平或者低電平。圖3是漏極開(kāi)路輸出,主要應(yīng)用于I2C、SPI等IO口需要有上拉電阻的應(yīng)用。也可以兼容推挽的應(yīng)用,但是于推挽傳輸速度相對(duì)較慢。結(jié)構(gòu)圖中的One-Shot是處理邊沿的內(nèi)部功能電路,能提升轉(zhuǎn)換速度。兩種都不需要方向引腳控制,能自動(dòng)檢測(cè)出IO端口的輸入輸出形式。英聯(lián)電子的雙向自動(dòng)感應(yīng)電平轉(zhuǎn)換芯片已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品中,包括手機(jī)、POS機(jī)、行車(chē)記錄儀、安防系統(tǒng)等。

UM3212是一款支持I2C總線和SMBUS的自動(dòng)雙向,帶使能端的電平轉(zhuǎn)換芯片。

圖4:UM3212典型應(yīng)用線路

支持1.0V-3.6V(VREF1)和1.8V-5.5V(VREF2)的工作范圍。EN是開(kāi)關(guān)使能端,參考電平是VREF2.EN為高,內(nèi)部SW處于導(dǎo)通狀態(tài),SCL1、SDA1分別連接到SCL2、SDA2,允許數(shù)據(jù)雙向傳輸,內(nèi)部的SW有非常小的導(dǎo)通電阻,因此信號(hào)傳輸延時(shí)非常小。當(dāng)EN為低,SW被關(guān)閉,端口是高阻態(tài)。

作為標(biāo)準(zhǔn)的I2C系統(tǒng),UM3212提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的集電極開(kāi)路I2C總線,通過(guò)上拉電阻為中心提供邏輯高電平。上拉電阻的大小與系統(tǒng)傳輸速率有關(guān),但轉(zhuǎn)換器必須有上拉電阻。UM3212可以連接到標(biāo)準(zhǔn)模式、快速模式和快速模式Plus的I2C總線器件和SMBUS器件,最大頻率取決于RC時(shí)間常數(shù),可支持2MHz以上的時(shí)鐘頻率。

下面是UM3212在IPC中的應(yīng)用。

IPC(IP Camera)現(xiàn)在已經(jīng)不局限于工業(yè)交通領(lǐng)域的使用,因?yàn)榭梢詿o(wú)線連接,方便使用,已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入千家萬(wàn)戶,有成為消費(fèi)類電子產(chǎn)品的趨勢(shì)。

圖5:IPC結(jié)構(gòu)示意圖

現(xiàn)在市場(chǎng)IPC主平臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)激烈,海思、TI、NXP、SONY等一線品牌都推出高清IPC解決方案。在很多高清IPC方案中,IPC的圖像傳感器是使用I2C和主平臺(tái)通信,很多型號(hào)的傳感器都會(huì)存在和主平臺(tái)供電電壓不匹配的情況。

圖6:TI DM365和MT9P031通信示意圖

上圖DM365平臺(tái)和CMOS傳感器之間是I2C通信,需要一顆電平轉(zhuǎn)換芯片解決電壓不匹配問(wèn)題。

UM3212是提供了一個(gè)很好的解決方案。

UM3212除了在IPC中有廣泛的應(yīng)用,還在門(mén)禁、可視電話、行車(chē)記錄儀、GPS等安防產(chǎn)品都有廣泛的應(yīng)用。

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