邏輯電平轉換技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)

然而，使用總線(xiàn)開(kāi)關(guān)進(jìn)行電平轉換也有一些缺點(diǎn)。如圖5所示，德州儀器的SN74CB3T3306含有兩個(gè)1-位總線(xiàn)開(kāi)關(guān)，在3伏的VCC下工作，用來(lái)作為一個(gè)3伏的總線(xiàn)和5伏(TTL)總線(xiàn)間的連接。

將3伏總線(xiàn)和5伏總線(xiàn)連接時(shí)，5伏一方的VOH信號會(huì )箝位在大約2.8伏。盡管這對于5伏的TTL器件還是一個(gè)合理的VIH電平，但它的噪音區間較小，大約為2.8伏-2.0伏=800豪伏。此外，因為CB3T的高輸出沒(méi)有完全輸送到VCC，5伏接收器消耗的功率較多。

另外，如果一個(gè)CB3T器件被用作3伏CMOS總線(xiàn)和5伏CMOS邏輯元件的連接，就需要一個(gè)負載電阻，因為2.8伏不夠作為5伏CMOS邏輯元件的VIH電壓。

雙重輸入電平轉換

雙重輸入器件可以解決不同電平間邏輯連接時(shí)帶來(lái)的某些速度和消耗功率的問(wèn)題。這些器件使用兩個(gè)輸入電壓，將在VCCA下工作的Ａ方連接到VCCB下工作的Ｂ方。同時(shí)提供一個(gè)DIR輸入，使器件可以進(jìn)行Ａ到Ｂ或Ｂ到Ａ的雙向轉換。雙重輸入器件有很多不同的位寬，并且涵蓋差不多所有現今使用的輸入電壓。

雙重輸入器件的另一個(gè)優(yōu)勢是主動(dòng)驅動(dòng)電流，使他們可以解決使用負載電阻時(shí)CR負載帶來(lái)的信號邊沿減緩的問(wèn)題。需要時(shí)，他們也可以在較長(cháng)的走線(xiàn)長(cháng)度下使用。這些器件有很多種設置，包括多組器件，例如74AVCB320245。這種器件使用四組，每組8位，這樣，一組可以用來(lái)將3.3伏轉換為1.8伏，而另一組將1.8伏轉換為3.3伏。主要的制造商都提供74AVC系列器件，包括德州儀器、NXP、Fairchild和意法半導體。

隨著(zhù)邏輯技術(shù)向更低的工作電壓發(fā)展，使用TI AUC或類(lèi)似技術(shù)的新總線(xiàn)電平轉換器件也已經(jīng)出現，可以對介于1.1伏到3.3伏間的電平進(jìn)行上下轉換。此外，非74系列的電平轉換器件，例如Fairchild的FXL系列或意法半導體的STxG器件利用雙重輸入的靈活性，實(shí)現系列存儲卡，I2C端口或UART等器件的連接。FXL系列可以對介于1.0伏到3.3伏間的電平進(jìn)行上下轉換。意法半導體的電平轉換器可以處理1.4伏到最高5.5伏的電平轉換，接口范圍包括從1位(ST1G)到16位(ST16G)不等。

這些新出現的系列器件一般都大量使用節能技術(shù)和超小型包裝，例如QFN無(wú)鉛或μTFBGA技術(shù)，支持便攜式和使用電池的產(chǎn)品，例如手機、照相機、個(gè)人媒體播放器和掌上電腦等。

無(wú)方向電平轉換

電平轉換的下一步是使轉換方向不再受處理器軟件的控制。擁有TXB01xxx和TXS01xxx系列的德州儀器公司已經(jīng)通過(guò)更復雜的基于CMOS邏輯反向器和針對緩沖類(lèi)轉換器的推挽結構做到這一點(diǎn)，另一種方法是集成負載電阻和流通晶體管做成自動(dòng)探測方向的開(kāi)關(guān)式轉換器。德州儀器的自動(dòng)探測方向轉換器在不同的界面電平下，特別適合點(diǎn)對點(diǎn)結構。他們可以通過(guò)省下傳統電平轉換器需要的控制方向的信號，提高下一代處理器和配套器件的連接性。這可以降低控制軟件的復雜性，同時(shí)在核心處理器上節省珍貴的GPIO信號。這些部件有自動(dòng)的可重新設置的輸入/輸出緩沖，因此每一個(gè)輸入/輸出端口同時(shí)設置為輸入和輸出。

本文小結

接下來(lái)幾代的CMOS封裝流程將在越來(lái)越低的輸入電壓下運行。設計師需要能夠使用這些低壓器件，從而利用最新的高速、低功率硅晶體，但同時(shí)必須能夠同其他的次級系統元件相連，例如液晶顯示屏。這需要收發(fā)器在較高電壓下運行，因此帶來(lái)對電平轉換功能的需求。

目前已有很多邏輯器件可以滿(mǎn)足設計師最低工作電壓的要求，低至0.8伏的邏輯電平和1.2伏的其他器件，例如微型控制器、FPGA、ASIC和ASSP，到高達3.3伏或5伏CMOS電壓下工作的電路進(jìn)行連接。一如既往，需求總是在功耗、速度、尺寸和成本間衡量選擇。