在混合信号系统中,经常能看到电瓶转换电路,目前市面上应用较多的处理器都是采用3.3V电源供电,但是产品外围器件多数都采用5伏电源供电,这种情况下就必须使用转换电路。目前应用比较多的两类电平转换电路是用MOS管搭建的电平转换电路,和用电平转换芯片实现的电路.
为了降低产品的功耗,通常都采用低工作电压值的高速逻辑器件,这也进一步导致了产品内部同时存在多种电压,因此搭建稳定可靠的电平转换电路,尤为重要。
如要求低成本,可以用MOSFET管自己搭建一个电平转换电路。用MOSFET管搭建电平转换电路时,要重点考虑MOSFET管的开关频率是否能满足通信频率,通讯信号波形是否有异常变形失真。这种电路结构存在一个明显的问题就是转换速率受到限制,通常用在低速率的电路上。
这种电路的优点是灵活通道数量可以随意的增减,如采用隔离式设计可支持高电压段断电隔离。缺点是速率低,一般在几百KHZ频率以下使用,可靠性一般,噪声容限差,延时较大,通道间一致性差,外围器件多,PCB占用空间大。
如要求高速,低功耗,就要选用专用的电平转换芯片.
比如说,通用MCU的电源电压,通常是3.3伏,而无线模块一般都使用1.8伏的主电平系统,MCU与无线模块之间进行信号传输时就会存在电平转换的问题,这时候就要根据自己产品的定位,来选择一种合适的电平转换电路,如用MOS管自行搭建或选用专用的芯片.
如选用专用的电平转换芯片,可以重点关注如下几个方面:
1,电平转换通道数量,常用的电平转换芯片的通道数量有2路,4路,8路,比如采用IIC协议或者UART协议,使用两路通道的电平转换芯片即可。
2,电平转换电压值,也就是电平转换芯片的输入输出电压值,常用的电压转换值有5伏,3.3伏,2.5伏,1.8伏。
3,转换速率,比如说无线模块与那个MCu之间传输的数据速率,电瓶转换芯片的传输速率一定要跟得上信号传输的速率。
4,确定需要单向转换还是双向转换的电瓶转换芯片,如果需要双向转换的芯片,要留意是否需要方向控制信号。
5,转换芯片的供电电源,需要确认是单电源供电还是双电源供电。如果是双电源供电,需要留意两路电源的上电顺序是否有特殊要求。有的转换芯片上电的时候不需要特定的顺序,任意一个电源引脚都可以被先上电。有的电平转换芯片就不一样,两路电源的上电顺序有特殊要求。
对于有两路独立供电电源的转换芯片,通常是A端口跟踪一路电源电平,B端口支持另一路电源电平。转换芯片的输入与输出端口的工作电压范围尽可能宽一点,这样可以支持较低或较高的逻辑信号电平。
6,封装问题,要根据产品内部空间的大小,选择合适的封装,这一点没有硬性的要求。
7,工作温度范围,这点也要根据自己产品的实际情况而定,比如应用环境,产品内部的温升等等。
8,ESD防护,搭建电瓶转换芯片时,电路板布局要合理,接地引脚应尽量直接连接到接地点,电源端的电容应尽可能地靠近芯片的电源脚,并直接连接到接地点。