在當今科技飛速發(fā)展的時代，電子系統(tǒng)正朝著更加緊湊、高效和模塊化的方向演進。這一發(fā)展趨勢使得設(shè)計人員在管理不同電壓域間通信時面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。其中，<100VDC 架構(gòu)的興起成為了一個顯著的趨勢，像電動汽車 (EV)、機器人以及儲能系統(tǒng)中的 48V 系統(tǒng)便是典型代表。這些架構(gòu)巧妙地避開了高電壓設(shè)計所帶來的復(fù)雜性，同時還能實現(xiàn)高效的電力輸送，進而推動了更小尺寸和更高集成度設(shè)計的實現(xiàn)。與此同時，模塊化設(shè)計原則也日益盛行，為特定功能定制的優(yōu)化、可互換組件成為了設(shè)計的主流。例如，在電動工具等消費類產(chǎn)品中，單個可互換電池的應(yīng)用使得充電和多設(shè)備管理變得更加便捷。

然而，隨著模塊化低壓系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，新的集成難題也隨之而來，即如何實現(xiàn)不同電壓域和接地域之間的無縫通信。TI 的 ±80V 接地電平轉(zhuǎn)換器應(yīng)運而生，如圖 1 所示，它能夠支持在具有不同接地電位的系統(tǒng)間進行 1.71V 至 5.5V 的電壓轉(zhuǎn)換，為實現(xiàn)可靠、緊湊且可擴展的系統(tǒng)設(shè)計提供了有力支持。

為了解決 80V 以下電壓范圍的接地偏移問題，設(shè)計人員以往通常采用電流隔離或分立式電平轉(zhuǎn)換器這兩種方法。但這兩種方法都存在一定的局限性，在復(fù)雜性、尺寸和成本方面都需要進行權(quán)衡。電流隔離器不僅價格昂貴、體積龐大，而且在數(shù)據(jù)速率和時序性能方面往往受到限制。分立式電平轉(zhuǎn)換器雖然能夠處理單向低速信號，但可靠性較差且難以擴展，其解決方案尺寸大約在 10mm2 至 20mm2 之間。

在模塊化設(shè)計中，子系統(tǒng)各自擁有獨立的電壓和接地參考。當這些系統(tǒng)進行集成時，即使接地電位存在微小的差異，也可能會引發(fā)信號完整性問題和通信錯誤。接地偏移主要源于直流偏移或交流接地噪聲。直流接地漂移可能是由于走線電阻或較長的電纜導(dǎo)致電壓差異。在多域系統(tǒng)中，由于局部負載電流或不對稱的接地拓撲結(jié)構(gòu)，一個域可能會比另一個域 “浮動” 幾伏。例如，一個子系統(tǒng)通過短而寬的走線連接到主接地，而另一個子系統(tǒng)通過長而窄的走線連接到接地平面。

在數(shù)字、模擬和電源電路共存的混合信號系統(tǒng)中，交流接地噪聲較為常見。在電源側(cè)，該噪聲源于開關(guān)電源元件所產(chǎn)生快速變化的大返回電流。在數(shù)字側(cè)，高速信號轉(zhuǎn)換可以將瞬態(tài)電流注入數(shù)字接地。這些波動會改變本地接地電位，干擾假定共地參考的子系統(tǒng)之間的通信。

TI 的接地電平轉(zhuǎn)換器專為低壓系統(tǒng)設(shè)計，具有諸多優(yōu)勢。它支持將 I/O 電壓電平從 1.71V 轉(zhuǎn)換到 5.5V，能夠解決高達 ±80V 的直流接地偏移和高達 140Vpp 的 1MHz 交流噪聲抑制。其尺寸僅為更復(fù)雜解決方案的七分之一，成本為其一半。TXG8041 支持傳播延遲 <5ns，通道間偏斜為 0.35ns 的推挽輸出，從而實現(xiàn)高達 250Mbps 的系統(tǒng)間實時通信快速數(shù)據(jù)處理。TXG8122 支持開漏配置（包括 I2C），功耗僅為現(xiàn)有解決方案的一半，可限度地降低功耗，從而延長電池壽命并降低熱負荷。這些轉(zhuǎn)換器通過小至 2.25mm2 的封裝實現(xiàn)緊湊設(shè)計，并通過多種通道類型和配置提供可擴展性。

在 48V 架構(gòu)中，該接地電平轉(zhuǎn)換器也有著重要的應(yīng)用。48V 架構(gòu)逐漸受到 EV 制造商的青睞，電子產(chǎn)品設(shè)計遵循國際標準化組織的 21780 標準，該標準要求對接地偏移進行特定測試，以確保在不同接地電位下工作的器件之間進行可靠通信。在此類系統(tǒng)中，工作在 48V 的控制模塊可能需要與 12V 傳感器進行通信，即使由于布局或負載條件存在幾伏特的接地偏移。TXG8041 支持在 ±80V 接地偏移的不匹配域之間通信，覆蓋 48V 電池系統(tǒng)的瞬態(tài)，并通過更快的數(shù)據(jù)速率和低傳播延遲支持更高速度的 SPI 通信。

在啟動電池組監(jiān)測方面，電器、電動自行車和儲能系統(tǒng)等電池供電系統(tǒng)越來越多地采用堆疊式電池監(jiān)測器，以支持更高的電壓和更長的運行時間。在這些架構(gòu)中，每個監(jiān)控器負責(zé)測量電池組的一部分。頂部監(jiān)控器的接地參考電壓通常接近整個電池組電壓的一半（如 24V），因此與系統(tǒng)微控制器 (MCU) 的接地參考電壓不同，導(dǎo)致無法直接通信。這種有意的拓撲結(jié)構(gòu)引入了接地偏移。TXG8122 支持 MCU 和電池監(jiān)測器之間的常用的 I2C 通信。此器件還可降低靜態(tài)總線條件下的功耗，同時其 4mm2 封裝便于小型化并靈活地集成到模塊化系統(tǒng)中。