SGM4564：4位雙向電壓電平轉(zhuǎn)換器的詳細解析

在電子設(shè)計領(lǐng)域，電壓電平轉(zhuǎn)換是一個常見且關(guān)鍵的需求。不同的設(shè)備或系統(tǒng)可能工作在不同的電壓水平下，這就需要一種可靠的電平轉(zhuǎn)換解決方案。SGMICRO的SGM4564 4位雙向電壓電平轉(zhuǎn)換器，憑借其獨特的特性和廣泛的應(yīng)用范圍，成為了眾多工程師的首選。

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一、產(chǎn)品概述

SGM4564采用兩個獨立的可配置電源軌，A端口設(shè)計用于跟蹤(V{CCA})，其接受1.2V至5.5V的任何電源電壓；B端口設(shè)計用于跟蹤(V{CCB})，接受1.65V至5.5V的任何電源電壓。這使得它能夠在1.2V、1.5V、1.8V、2.5V、3.3V和5V等電壓節(jié)點之間實現(xiàn)通用的低壓雙向轉(zhuǎn)換。同時，要注意(V{CCA})不應(yīng)超過(V{CCB})。

當(dāng)輸出使能（OE）輸入為低電平時，所有輸出都處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。為了在電源上電或下電期間確保高阻抗?fàn)顟B(tài)，OE應(yīng)通過下拉電阻連接到GND，電阻的最小值由驅(qū)動器的電流源能力決定。該器件還采用了(I_{OFF})電路，適用于部分掉電應(yīng)用，可防止在掉電時通過器件的損壞性電流回流。

二、產(chǎn)品特性

1. 寬電壓范圍：A端口支持1.2V至5.5V，B端口支持1.65V至5.5V，且(V{CCA} ≤V{CCB})，能滿足多種不同電壓系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換需求。
2. (V_{CC})隔離：如果任一(V_{CC})處于GND，所有輸出都處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，增強了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。
3. 低功耗：具有低功耗特性，有助于降低系統(tǒng)的整體功耗，延長電池續(xù)航時間。
4. 推挽輸出：提供推挽輸出，能夠有效地驅(qū)動負載。
5. 支持部分掉電模式：通過(I_{OFF})支持部分掉電模式操作，提高了系統(tǒng)的靈活性和節(jié)能性。
6. 寬工作溫度范圍：可在 -40℃至 +85℃的環(huán)境溫度范圍內(nèi)工作，適應(yīng)不同的應(yīng)用場景。
7. 多種封裝形式：提供Green SOIC - 14、UTQFN - 1.8×1.8 - 12L和TQFN - 2×2 - 12L等多種封裝，方便不同的設(shè)計需求。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

SGM4564廣泛應(yīng)用于智能手機、便攜式設(shè)備、UART和GPIO等領(lǐng)域。在這些應(yīng)用中，它能夠?qū)崿F(xiàn)不同電壓系統(tǒng)之間的可靠通信和數(shù)據(jù)傳輸。

四、電氣特性

1. 輸出電壓

• A端口高電平輸出電壓（(V{OHA})）：在(V{CCA}=1.2V)，(I{OH}=-20μA)時，為1.05V；在(V{CCA}=1.4V)至5.5V時，也能滿足相應(yīng)的輸出要求。
• A端口低電平輸出電壓（(V{OLA})）：在(I{OL}=20μA)，(V{CCA}=1.2V)時，為0.1V；在(V{CCA}=1.4V)至5.5V時，為0.3V。
• B端口高電平輸出電壓（(V{OHB})）：在(I{OH}=-20μA)，(V{CCB}=1.65V)至5.5V時，為(V{CCB}-0.3V)。
• B端口低電平輸出電壓（(V{OLB})）：在(I{OL}=20μA)，(V_{CCB}=1.65V)至5.5V時，為0.3V。

2. 輸入輸出電流

• 輸入泄漏電流（(I{I})）：在不同的(V{CCA})和(V_{CCB})條件下，典型值在±1μA至±1.5μA之間。
• 3態(tài)輸出泄漏電流（(I{OZ})）：在OE = GND，不同的(V{CCA})和(V_{CCB})條件下，典型值在±0.5μA至±1μA之間。
• 靜態(tài)電源電流（(I{CCA})、(I{CCB})、(I{CCA}+I{CCB})、(I{CCZA})、(I{CCZB})）：在不同的工作條件下，電流值有所不同，但整體都處于較低水平，體現(xiàn)了其低功耗的特性。

3. 電容特性

• OE輸入電容（(C{I})）：在(V{CCA}=1.2V)至5.5V，(V_{CCB}=1.65V)至5.5V時，典型值為5.2pF。
• 輸入/輸出電容（(C_{IO})）：A端口和B端口在相應(yīng)的電壓范圍內(nèi)，典型值均為4.4pF。

五、時序要求

不同的(V{CCA})和(V{CCB})組合下，數(shù)據(jù)速率和脈沖持續(xù)時間有所不同。例如，當(dāng)(V{CCA}=1.2V)，(V{CCB})分別為1.8V、2.5V、3.3V、5V時，數(shù)據(jù)速率均為20Mbps，脈沖持續(xù)時間均為50ns；隨著(V_{CCA})的增加，數(shù)據(jù)速率和脈沖持續(xù)時間也會相應(yīng)變化，最高數(shù)據(jù)速率可達100Mbps。

六、開關(guān)特性

開關(guān)特性包括傳播延遲（(t{PD})）、使能時間（(t{EN})）、禁用時間（(t{DIS})）、上升時間（(t{rA})、(t{rB})）、下降時間（(t{fA})、(t{fB})）和通道間偏斜（(t{SK(O)})）等。這些特性在不同的(V{CCA})和(V{CCB})條件下也有所不同，工程師在設(shè)計時需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景進行選擇。

七、應(yīng)用信息

1. 架構(gòu)

SGM4564的架構(gòu)不需要方向控制信號來控制數(shù)據(jù)從A到B或從B到A的流向。在直流狀態(tài)下，其輸出驅(qū)動器可以保持高或低電平，但設(shè)計為較弱的驅(qū)動能力，以便在總線上的數(shù)據(jù)開始反向流動時能夠被外部驅(qū)動器覆蓋。輸出單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以檢測A或B端口上的上升或下降沿，在上升沿時，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器會短時間開啟PMOS晶體管（T1、T3），加快低到高的轉(zhuǎn)換；在下降沿時，開啟NMOS晶體管（T2、T4），加快高到低的轉(zhuǎn)換。

2. 電源上電

在操作過程中，要始終確保(V{CCA} ≤ V{CCB})。在上電順序方面，(V{CCA} ≥ V{CCB})不會損壞設(shè)備，任何電源都可以先上電。當(dāng)任一(V{CC})關(guān)閉（(V{CCA/B}=0V)）時，SGM4564的電路會禁用所有輸出端口。

3. 使能和禁用

通過OE輸入可以禁用設(shè)備，將OE設(shè)置為低電平，可使所有I/O處于高阻抗（Hi - Z）狀態(tài)。禁用時間（(t{DIS})）表示OE變?yōu)榈碗娖降捷敵鰧嶋H禁用（Hi - Z）之間的延遲；使能時間（(t{EN})）表示OE變?yōu)楦唠娖胶?，單穩(wěn)態(tài)電路開始工作所需的時間。

4. 上拉或下拉電阻

SGM4564設(shè)計用于驅(qū)動高達70pF的電容性負載，其輸出驅(qū)動器的直流驅(qū)動強度較低。如果在數(shù)據(jù)I/O上外部連接上拉或下拉電阻，其值必須保持高于50kΩ，以確保不會與SGM4564的輸出驅(qū)動器產(chǎn)生沖突。

5. 輸入驅(qū)動器要求

由于SGM4564的輸出驅(qū)動器特性，它不適合用于I2C或1 - 線等應(yīng)用中，因為這些應(yīng)用中在雙向數(shù)據(jù)I/O上連接了開漏驅(qū)動器。同時，驅(qū)動SGM4564數(shù)據(jù)I/O的設(shè)備必須具有至少±2mA的驅(qū)動強度。

八、封裝信息

SGM4564提供了SOIC - 14、UTQFN - 1.8×1.8 - 12L和TQFN - 2×2 - 12L三種封裝形式，并給出了詳細的封裝外形尺寸、推薦焊盤圖案、卷帶和卷軸信息以及紙箱尺寸等。工程師在設(shè)計時可以根據(jù)實際情況選擇合適的封裝。

SGM4564是一款功能強大、性能優(yōu)良的4位雙向電壓電平轉(zhuǎn)換器，能夠滿足多種不同的應(yīng)用需求。在使用過程中，工程師需要根據(jù)具體的設(shè)計要求，合理選擇工作電壓、封裝形式等參數(shù)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。你在實際應(yīng)用中是否遇到過類似的電平轉(zhuǎn)換問題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。