MAX13046E/MAX13047E：?jiǎn)瓮ǖ琅c雙通道雙向低電平轉(zhuǎn)換器的深度剖析

在多電壓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)中，電平轉(zhuǎn)換是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。今天，我們就來(lái)深入探討一下 Maxim Integrated 推出的 MAX13046E/MAX13047E 雙向電平轉(zhuǎn)換器，看看它在實(shí)際應(yīng)用中能為我們帶來(lái)哪些便利和優(yōu)勢(shì)。

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一、產(chǎn)品概述

MAX13046E/MAX13047E 是具備 ±15kV ESD 保護(hù)的雙向電平轉(zhuǎn)換器，可在多電壓系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娖睫D(zhuǎn)換。其中，MAX13046E 為單通道轉(zhuǎn)換器，MAX13047E 為雙通道轉(zhuǎn)換器。通過(guò)外部施加的電壓 (V{CC}) 和 (V{L})，可以設(shè)置器件兩側(cè)的邏輯電平。該器件采用基于傳輸門(mén)的設(shè)計(jì)，允許在任何單條數(shù)據(jù)線上實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（(V{L} leftrightarrow V{CC})）。

工作電壓范圍

(V{L}) 可接受范圍為 +1.1V 至 +3.6V 或 ((V{CC}+0.3V)) 中的最小值，(V_{CC}) 范圍為 +1.65V 至 +5.5V，這使得它們非常適合在低電壓 ASIC/PLD 與較高電壓系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

主要特性

1. 雙向電平轉(zhuǎn)換：能在 (V_{L}) 低至 +1.1V 時(shí)正常工作。
2. 超低關(guān)斷模式電源電流：關(guān)斷模式下電源電流最大為 1μA。
3. 保證的推挽驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)速率：在 (+1.2V ≤V{L} leq+3.6V) 且 (V{CC} leq+5.5V) 時(shí)為 8Mbps；在 (+1.8V ≤V{L} ≤V{CC} leq+3.3V) 時(shí)為 16Mbps。
4. 擴(kuò)展的 ESD 保護(hù)：在 I/O (V_{CC}) 線上提供 ±15kV 人體模型、±15kV IEC61000 - 4 - 2 氣隙放電方法和 ±8kV IEC61000 - 4 - 2 接觸放電保護(hù)。
5. 低電源電流：具備短路保護(hù)功能。
6. 節(jié)省空間的封裝：采用 μDFN 和 UTQFN 封裝。

二、產(chǎn)品規(guī)格

絕對(duì)最大額定值

電氣特性

電氣特性表詳細(xì)列出了電源、ESD 保護(hù)、邏輯電平閾值等參數(shù)的具體數(shù)值，為設(shè)計(jì)提供了精確的參考。例如，(V{L}) 電源范圍在 (V{CC}>3.3V) 時(shí)為 1.1V 至 3.6V，在 (V{CC}≤3.3V) 時(shí)為 1.1V 至 (V{CC}+0.3V)；(V_{CC}) 電源范圍為 1.65V 至 5.5V。

時(shí)序特性

不同 (V{L}) 電壓范圍下的時(shí)序特性有所不同。以 (+1.2V ≤V{L} ≤) 最小值（+3.6V 或 ((V{CC}+0.3V))）為例，推挽驅(qū)動(dòng)時(shí) I/O (V{CC}) 上升時(shí)間最小為 7ns，最大為 25ns；I/O (V_{L}) 上升時(shí)間最小為 8ns，最大為 30ns 等。

三、功能分析

電平轉(zhuǎn)換

要確保 (+1.65V ≤V{CC} leq+5.5V) 且 (+1.1V ≤V{L} leq) 最小值（+3.6V 或 ((V{CC}+0.3V))），在電源上電順序中，(V{L} geq(V_{CC}+0.3V)) 不會(huì)損壞器件。上升時(shí)間加速器電路的速度將 MAX13046E/MAX13047E 的最大數(shù)據(jù)速率限制為 16Mbps。

上升時(shí)間加速器

器件內(nèi)部具有上升時(shí)間加速器，可支持高達(dá) 16Mbps 的操作。加速器位于器件兩側(cè)，無(wú)論數(shù)據(jù)方向如何，都能加快器件輸入和輸出的上升時(shí)間。其觸發(fā)機(jī)制對(duì)電平與邊緣都敏感，為保證上升時(shí)間加速器正常工作，I/O 線上的最大寄生電容應(yīng)小于 200pF。

關(guān)斷模式

將 SHDN 引腳置低可使器件進(jìn)入關(guān)斷模式，置高則為正常工作模式。關(guān)斷模式會(huì)斷開(kāi) I/O (V{CC}) 和 I/O (V{L}) 線上的內(nèi)部 10kΩ 上拉電阻，使 I/O 線處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，同時(shí)將電源電流降低至小于 1μA。在關(guān)斷模式下，要注意 I/O (V{L}) 電壓不能超過(guò) ((V{L}+0.3V))，I/O (V{CC}) 電壓不能超過(guò) ((V{CC}+0.3V))。

單電源斷開(kāi)操作

當(dāng) (V{L}) 連接而 (V{CC}) 斷開(kāi)或接地時(shí)，器件進(jìn)入關(guān)斷模式，此時(shí) I/O (V{L}) 可正常驅(qū)動(dòng)，但數(shù)據(jù)無(wú)法從 I/O (V{L}) 轉(zhuǎn)換到 I/O (V{CC})。若 (V{CC}) 比 (V{L}) 低超過(guò) (V{TH_L_VCC})，器件會(huì)斷開(kāi) I/O (V{L}) 和 I/O (V{CC}) 的上拉電阻。當(dāng) (V{CC}) 連接而 (V{L}) 小于 (V{TH_VL}) 時(shí)，器件同樣進(jìn)入關(guān)斷模式，I/O (V{CC}) 可驅(qū)動(dòng)，但數(shù)據(jù)無(wú)法從 I/O (V{CC}) 轉(zhuǎn)換到 I/O (V{L})。

短路保護(hù)

熱過(guò)載檢測(cè)可保護(hù)器件免受短路故障影響。當(dāng)結(jié)溫 ((T_{J})) 超過(guò) +150°C 時(shí)，器件進(jìn)入關(guān)斷模式；當(dāng)溫度冷卻到 +140°C 以下時(shí)，恢復(fù)正常工作。

ESD 保護(hù)

所有引腳都集成了 ESD 保護(hù)結(jié)構(gòu)，能防止在處理和組裝過(guò)程中遇到的靜電放電。該結(jié)構(gòu)在正常工作、關(guān)斷模式和掉電狀態(tài)下都能承受靜電放電。I/O (V_{CC}) 線的 ESD 保護(hù)特性為：人體模型下 ±15kV，IEC 61000 - 4 - 2 標(biāo)準(zhǔn)下也有相應(yīng)的保護(hù)能力。

四、應(yīng)用領(lǐng)域

I2C 和 1 - Wire 電平轉(zhuǎn)換

可實(shí)現(xiàn) I/O 線上 +1.1V 至 +5.5V 之間的數(shù)據(jù)電平轉(zhuǎn)換，適用于低電壓 ASIC 與 I2C 設(shè)備或 1 - Wire 設(shè)備之間的接口，如將低電壓微處理器與 +3V 或 +5V D/A 轉(zhuǎn)換器（如 MAX517）、外部存儲(chǔ)器（如 DS2502）連接。

其他應(yīng)用

還可用于 CMOS 邏輯電平轉(zhuǎn)換、手機(jī)和便攜式設(shè)備等領(lǐng)域。

五、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

電源去耦

為減少紋波和傳輸錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的可能性，需用 0.1μF 陶瓷電容將 (V{L}) 和 (V{CC}) 旁路到地。為確保全面的 ±15kV ESD 保護(hù)，需用 1μF 陶瓷電容將 (V_{CC}) 旁路到地，且所有電容應(yīng)盡可能靠近電源輸入放置。

PCB 布局

良好的 PCB 布局對(duì)器件正常工作和最佳上升/下降時(shí)間性能至關(guān)重要，即使在低數(shù)據(jù)速率下也需確保正確的高頻 PCB 布局。

驅(qū)動(dòng)高電容負(fù)載

I/O 線上的電容負(fù)載會(huì)影響器件驅(qū)動(dòng)信號(hào)線時(shí)的上升時(shí)間（和下降時(shí)間），實(shí)際上升時(shí)間與負(fù)載電容、寄生電容、電源電壓和器件驅(qū)動(dòng)阻抗有關(guān)。需要注意的是，在低數(shù)據(jù)速率下操作并不能提高電容負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力。

總之，MAX13046E/MAX13047E 憑借其出色的性能和豐富的功能，在多電壓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)中具有很大的應(yīng)用價(jià)值。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求和電路條件，合理運(yùn)用這些特性，以實(shí)現(xiàn)最佳的設(shè)計(jì)效果。大家在使用過(guò)程中有沒(méi)有遇到過(guò)類(lèi)似器件的一些特殊問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。