近幾年來(lái)，在蘋(píng)果公司iPhone手機的帶動(dòng)下，智能手機市場(chǎng)迅速擴大。智能手機等便攜產(chǎn)品的一個(gè)重要特點(diǎn)是功能越來(lái)越多，從而支持更廣泛的消費需求。但智能手機等便攜產(chǎn)品內部用于支持不同功能的集成電路（IC）或模塊的工作電壓往往不同，如基帶處理器和應用處理器電壓一般在1.5 V至1.8 V之間，而現有許多外設工作電壓一般為2.6至3.3 V，如USIM卡、Wi-Fi模塊、調頻（FM）調諧器模塊工作電壓為2.8 V，而相機模塊為2.7 V。

　　圖1：邏輯電平轉換器應用示意圖。 

　　因此，智能手機等便攜產(chǎn)品中的不同IC與外設模塊之間存在輸入/輸出電壓失配問(wèn)題，要使這些器件與模塊之間互相通信，需要高效的邏輯電壓電平轉換。所謂的邏輯電平轉換器即連接不同工作電壓的IC與模塊或印制電路板（PCB），提供系統集成解決方案。

　　傳統邏輯電平轉換方法及其優(yōu)缺點(diǎn)

　　表1：傳統邏輯電平轉換方法及優(yōu)缺點(diǎn)。

　　由于晶體管-晶體管邏輯（TTL）和互補金屬氧化物半導體（CMOS）是邏輯電路中的標準電平，因傳統邏輯電平轉換方法中，TTL-CMOS輸入轉換很常見(jiàn)。這種轉換方法簡(jiǎn)單，成本低，主要用于低電平至高電平轉換，也能用于轉換高電平至低電平。這種轉換方法也存在一些缺點(diǎn)。其它傳統邏輯電平轉換方法還有過(guò)壓容限（OVT）電壓轉換、漏極開(kāi)路（OD）/有源下拉轉換和分立I2C轉換等，各有其優(yōu)缺點(diǎn)，參見(jiàn)表1。

　　雙電源邏輯電平轉換及應用

　　邏輯電平轉換中會(huì )消耗功率。例如，在低至高電平轉換中，為了輸出高邏輯電平，輸入電壓（Vin）低于VCC，電源電流變化（ΔICC）始終較高，因此功耗也較高。為了解決高功耗的問(wèn)題，可以采用雙電源電壓（VCCA及VCCB）邏輯電平轉換器，在邏輯電源電壓（VL）等于Vin時(shí)，ΔICC就為0，從而降低功耗。

　　常見(jiàn)雙電源邏輯電平轉換包括單向轉換、帶方向控制引腳的雙向轉換、自動(dòng)感測雙向轉換（推挽型輸出）及用于漏極開(kāi)路應用（如I2C）的自動(dòng)感測雙向轉換等，結構示意圖如圖2所示。

　　圖2：幾種雙電源邏輯電平轉換器的結構示意圖。

　　在這些雙電源邏輯電平轉換方法中，單向邏輯電平轉換的原理就是在輸出啟用（Output Enable，）為低電平時(shí)，提供A點(diǎn)至B點(diǎn)轉換；而在輸出啟用為高電平時(shí)，A、B之間呈現高阻態(tài)（Hi-Z），通常當作電阻無(wú)窮大來(lái)處理，相當于沒(méi)有接通。常見(jiàn)的雙電源單向邏輯電平轉換器有如安森美半導體的NLSV1T34AMX1TCG、NLSV2T244MUTAG、NLSV4T3234FCT1G、NLSV8T244MUTAG、NLSV22T244MUTAG等。這些雙電源單向邏輯電平轉換器的應用包括通用輸入輸出（GPIO）端口、串行外設接口（SPI）端口和通用串行總線(xiàn)（USB）端口等。

　　帶方向控制引腳的雙向邏輯電平轉換器的工作原理是：引腳和方向控制（DIRection，T/）引腳均為低電平時(shí)，提供B點(diǎn)至A點(diǎn)轉換；引腳為低電平、T/引腳為高電平時(shí)，提供A點(diǎn)至B點(diǎn)轉換；而在引腳為高電平時(shí)，A點(diǎn)至B點(diǎn)方向和B點(diǎn)至A點(diǎn)方向均處于高阻態(tài)，相當于沒(méi)有接通。安森美半導體即將推出帶方向控制引腳的雙向邏輯電平轉換器。這類(lèi)轉換器的常見(jiàn)應用是以字節（byte）訪(fǎng)問(wèn)的存儲器及I/O器件。

　　自動(dòng)感測雙向邏輯電平轉換器（推挽型輸出）的工作原理是：?jiǎn)⒂茫‥N）引腳為低電平時(shí)，轉換器處于待機狀態(tài)；EN引腳為高電平、I/O電平不變時(shí)，轉換器處于穩態(tài)；EN引腳為高電平、I/O電平變化時(shí)，轉換器檢測到變化，并產(chǎn)生脈沖，I/O藉P溝道MOSFET（PMOS）上拉至更快。典型的自動(dòng)感測方向雙向邏輯電平轉換器（推挽型輸出）有如安森美半導體的NLSX3012MUTAG、NLSX3013FCT1G、NLSX3013BFCT1G、NLSX4014MUTAG和NLSX3018MUTAG等。這類(lèi)轉換器的常見(jiàn)應用包括通用異步收發(fā)器（UART）、USB端口、4線(xiàn)SPI端口和3線(xiàn)SPI端口等。

　　用于漏極開(kāi)路應用（如I2C）的自動(dòng)感測雙向邏輯電平轉換器同樣包含3個(gè)狀態(tài)：EN引腳為高電平、NMOS導通時(shí)，處于工作狀態(tài)，輸入端I/O電平下拉至地，即輸入低電平；EN引腳為高電平、NMOS處于高阻態(tài)時(shí)，處于工作狀態(tài)，輸出端I/O電平上拉至VCC，即輸入高電平；EN引腳為低電平時(shí)，轉換器處于待機狀態(tài)。典型的用于漏極開(kāi)路應用（如I2C）的自動(dòng)感測雙向邏輯電平轉換器有如安森美半導體的NLSX4373MUTAG、NLSX4348FCT1G和NSLX4378BFCT1G等。這類(lèi)轉換器的常見(jiàn)應用包括I2C總線(xiàn)、用戶(hù)識別模塊（SIM）卡、單線(xiàn)（1-Wire）總線(xiàn)、顯示模塊、安全數字輸入輸出（SDIO）卡等。

　　上述幾種雙電源邏輯電平轉換器中，不帶方向控制引腳的自動(dòng)感測轉換器和帶方向控制引腳的轉換器各有其優(yōu)劣勢。自動(dòng)感測轉換器的優(yōu)勢主要體現在將微控制器的I/O線(xiàn)路減至最少，是用于異步通信的簡(jiǎn)單方案，劣勢則是成本高于及帶寬低于帶方向控制引腳的轉換器。帶方向控制引腳的轉換器優(yōu)勢是作為大宗商品元件，成本低，是用于存儲器映射I/O的簡(jiǎn)單方案，劣勢則是微控制器引腳數量多。

　　而在不帶方向控制引腳的自動(dòng)感測轉換器中，也有集成方案（如NLSX3373）與分立方案（如NTZD3154N）之區別。集成方案NLSX3373為單顆IC，估計占用的印制電路板（PCB）空間僅為2.6 mm2；分立方案NTZD3154N采用雙MOSFET及4顆01005封裝（即0402）的電阻，估計占用的PCB總空間為3.3 mm2。集成方案提供低功率待機模式，而分立方案則不提供高阻抗/待機模式。這兩種不同方案的低壓工作特性、帶寬及電路特性也各不相同。

　　安森美半導體雙電源電平轉換器規范及要求

　　安森美半導體的雙電源邏輯電平轉換器與競爭器件相比，體現出多方面的優(yōu)勢。這些優(yōu)勢包括：更寬的電壓轉換范圍、更低的靜態(tài)功率消耗和/或支持更高的數據率。如安森美半導體帶推挽輸出的自動(dòng)感測雙向轉換器NLSX3013的雙電源轉換范圍分別1.3 V至4.5 V和0.9 V至VCC – 0.4 V，性能接近的競爭器件則分別為1.65 V至3.6 V和1.2 V至VCC – 0.4 V；兩者支持的數據率分別為140 Mbps和100 Mbps。

　　安森美半導體帶推挽輸出的自動(dòng)感測雙向轉換器，如NLSX4014，有其輸入驅動(dòng)電流要求。假定I/O電源電壓VL（A點(diǎn)）=0 V，并要正轉換至2.8 V（即由低電平轉換為高電平），最初A點(diǎn)=B點(diǎn)=0 V，IIN1流入CMOS器件，因此，IIN ？ IIN2，峰值電流IIN ？ 2.8 V/1 kΩ = 2.8 mA。這種轉換器設計用于驅動(dòng)CMOS輸入，不應使用阻值低于50 kΩ的阻性上拉或下拉負載 （見(jiàn)圖3）。此外，在大電容負載中，不應當使用推挽型自動(dòng)感測雙向轉換器，否則輸出失真會(huì )較大，而應當使用開(kāi)關(guān)（switch）類(lèi)型的電平轉換器。

　　圖3：自動(dòng)感測推挽轉換器輸入驅動(dòng)電流要求

　　此外，安森美半導體的這些雙電源電平轉換器采用小巧強固的封裝，如ULLGA6、UDFN6、UDFN8、UQFN12、UDFN20、uBump11、uBump12和uBump20等，其中UDFN6封裝的尺寸僅為1.2 mm×1.0 mm，uBump12封裝尺寸僅為1.54 mm×2.02 mm。這些小巧強固的封裝非常適合用于智能手機等便攜應用。

　　安森美半導體完備的邏輯電平轉換器陣容

　　安森美半導體身為全球領(lǐng)先的高性能、高能效硅方案供應商，推出完備陣容的極佳邏輯電平轉換方案，如雙電源轉換器、帶OVT的MiniGateTM系列開(kāi)關(guān)、MiniGateTM總線(xiàn)開(kāi)關(guān)等。

　　其中，雙電源電壓邏輯電平轉換器支持寬范圍的高至低和低至高電平轉換，并支持單向及雙向信號流，功耗低，采用超小型封裝。帶OVT的MiniGateTM用于滿(mǎn)足寬范圍的高至低電平轉換及單向信號流應用需求，是標準元件，采用標準及超小封裝，成本低。另外，安森美半導體的MiniGateTM總線(xiàn)開(kāi)關(guān)即將推出，用于滿(mǎn)足高速（帶寬高于500 MHz）及高至低電平轉換應用需求，支持雙向信號流及單向轉換，采用標準封裝及超小封裝，成本低。這些器件用于滿(mǎn)足客戶(hù)的不同需求。圖4顯示了安森美半導體不同邏輯電平轉換方案在手機中的應用。

　　圖4：安森美半導體邏輯電平轉換方案在手機中的應用示意圖。

　　總結：

　　安森美半導體身為全球領(lǐng)先的高性能、高能效硅方案供應商，為智能手機等便攜應用推出完備系列的邏輯電平轉換器，包括各種雙電源電壓邏輯電平轉換器、帶過(guò)壓容限的MiniGateTM系列開(kāi)關(guān)及高速應用的MiniGateTM總線(xiàn)開(kāi)關(guān)等。以雙電源電壓邏輯電平轉換為例，安森美半導體的這些器件提供比競爭器件更優(yōu)異的規范，如更寬的轉換電壓范圍、更低的靜態(tài)功耗及支持更高的數據率等。安森美半導體的這些邏輯轉換器件除了提供一流的性能，還提供不同配置及位寬，并采用小巧強固的封裝，非常適合便攜應用的各種邏輯電平轉換需求。