在電子電路設(shè)計(jì)中，電平轉(zhuǎn)換是一個(gè)常見且關(guān)鍵的問題，特別是在不同電壓標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備之間進(jìn)行信號傳輸時(shí)。今天，我們將詳細(xì)介紹 TI TVC 系列電平轉(zhuǎn)換芯片的工作原理及應(yīng)用，重點(diǎn)聚焦于 SN74TVC16222A 如何實(shí)現(xiàn)雙向電平轉(zhuǎn)換，并深入探討其在不同應(yīng)用場景下的配置與優(yōu)勢。
　　首先，我們來看一下電平轉(zhuǎn)換芯片的匯總情況。不同架構(gòu)類型的電平轉(zhuǎn)換芯片具有各自的特點(diǎn)。其中，TI LSF 系列和 TI TVC 系列可實(shí)現(xiàn)雙向電平轉(zhuǎn)換，且無 DIR 引腳，其工作條件為 Vref_B > Vref_A + 0.8V ，低電平 FET 導(dǎo)通時(shí)驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，高電平 FET 截止，依靠上拉電阻，工作頻率可達(dá) 100MHz @30pF，40MHz @50pF。
　　　接下來，我們重點(diǎn)介紹 TI TVC 系列 / LSF 系列（轉(zhuǎn)換鉗位電壓）。利用 TI 的 22 通道電平鉗制芯片 SN74TVC16222A 來做電平轉(zhuǎn)換，其優(yōu)點(diǎn)在于速率可以做得快一些。
　　　　1.1、TVC/LSF 原理
　　TVC 器件可用于雙向電平轉(zhuǎn)換，且不需要方向控制信號。每個(gè) TVC 器件包含一個(gè) N 溝道導(dǎo)通晶體管陣列，它們的門在內(nèi)部連接在一起。在轉(zhuǎn)換應(yīng)用中，將連接其中一個(gè) FET 作為參考晶體管，其它晶體管用作導(dǎo)通晶體管。每個(gè)導(dǎo)通晶體管的低壓端上的最大正電壓限制為由參考晶體管設(shè)置的電壓。由于陣列中的所有晶體管具有相同的電氣特性，所以它們中的任何一個(gè)都可用作參考晶體管。又因?yàn)榫w管是對稱制造的，且 I/O 信號是雙向經(jīng)過每個(gè) FET，所以每位的任一端口連線可用作低壓端。參考晶體管的漏極必須經(jīng)過一個(gè)電阻后再連接到 VDDREF，VREF 必須低于或等于 (VBIAS - 1) 以便將參考晶體管偏置到導(dǎo)通狀態(tài)。參考晶體管的柵極連接到它的漏極以便使晶體管處于飽和狀態(tài)。
　
　　在實(shí)際應(yīng)用中，A 端（低電壓）VREF 設(shè)置為等于 CPU 的 I/O 電壓電平，而 VDPU 設(shè)置為 B 端（高電壓）上所需的電壓電平。當(dāng)從 B 端下降轉(zhuǎn)換到 A 端時(shí)，A 端上的電壓被鉗位在 VREF ，因?yàn)?VGATE 被固定住了，假設(shè) VA2 大于 VREF，則 FET 關(guān)閉，所以 VA2 只能被鉗位在 VREF。當(dāng)從 A2 (A3) 上升轉(zhuǎn)換至 B2 (B3) 時(shí)，在 A 端上的電壓 達(dá)到 VREF 時(shí)，A2 (A3) 與 B2 (B3) 之間的導(dǎo)通晶體管關(guān)閉，且 B2 (B3) 上的電壓通過 150Ω 上拉電阻上拉至 VDPU（類似 Open Drain）。這里需要注意的是，上圖中 VDDREF 的 200KΩ 上拉電阻會影響所有晶體管的驅(qū)動(dòng)能力，如果要求上升沿 / 下降沿比較陡，則需要減小這個(gè)上拉電阻。
　
　　1.2、TVC/LSF 使用技巧
　　在使用過程中，我們可能會遇到一些疑問。例如，疑問 Q1：如果 A 端 IO 電平不足 VREF 電壓，則 B 端電壓升不起來，那么設(shè)計(jì)的時(shí)候 VREF 就不能是 IO 的最高輸出電壓，應(yīng)該是 A 端 IO 的 VOH？回答 A1：Yes。詳見《TI_ZHCAEV7_關(guān)于自動(dòng)雙向 LSF 系列轉(zhuǎn)換器的主要問題_2024.12》第 6 節(jié)。SN74TVC3306 Datasheet 描述：電壓鉗位時(shí)，每當(dāng) VREF 一側(cè)的輸入端上的信號高于 VREF 時(shí)，由于上拉電阻器，電壓會在與 VDPU 的值相反的一側(cè)鉗位，此時(shí)電壓進(jìn)行上行轉(zhuǎn)換；電壓傳遞時(shí)，只要 VREF 側(cè)輸入端上的信號 低于 VREF，該信號就會按預(yù)期傳遞到另一側(cè)，此時(shí)低電平脈沖保持低電平（無轉(zhuǎn)換）。PCA9306（屬于 TVC） Datasheet 也有關(guān)于 MOS 管上拉電阻和 Ibias 選擇的一些描述。疑問 Q2：輸入電壓是否可以超過 Vref_A？回答 A2：Yes。如下圖應(yīng)用，當(dāng) A 側(cè)輸入電壓超過 Verf_A 的時(shí)候 FET 截止，B 側(cè)依靠上拉電阻上拉至 VCCB。
　　此外，利用 AD 的 8 通道雙向邏輯電平轉(zhuǎn)換器 ADG3308，速度可以達(dá)到很高。