在當(dāng)今技術(shù)驅(qū)動(dòng)的時(shí)代，電子設(shè)備的互操作性至關(guān)重要。從汽車 ADAS（先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)）到數(shù)據(jù)中心和工業(yè)自動(dòng)化，現(xiàn)代電子電路必須能夠支持各種組件之間的高速通信。

高速邏輯電平轉(zhuǎn)換器（有時(shí)稱為電壓轉(zhuǎn)換器或電平移位器）在現(xiàn)代電子設(shè)備中不可或缺，它們使得在不同電壓水平下工作的器件之間能夠?qū)崿F(xiàn)無縫通信。然而，許多現(xiàn)有的方案無法滿足最新的技術(shù)需求，因此亟需新的方案。于是，安森美 (onsemi)Treo 平臺(tái)及其新一代電平轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品系列應(yīng)運(yùn)而生，它們專為滿足當(dāng)前技術(shù)需求而設(shè)計(jì)。

現(xiàn)代電子設(shè)備對(duì)電平轉(zhuǎn)換器的需求日益增加

過去，早期 CMOS 技術(shù)和傳統(tǒng)晶體管-晶體管邏輯 (TTL) 普遍采用 5V 作為標(biāo)準(zhǔn)工作電壓，這使得嵌入式電子器件中的器件接口相對(duì)簡單。然而，現(xiàn)代電子設(shè)備追求在更小的體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)更多的功能，設(shè)備尺寸越來越小，而對(duì)能效和性能的要求卻越來越高。

在這些需求的推動(dòng)下，許多集成電路 (IC) 已經(jīng)從 40nm 過渡到更小的節(jié)點(diǎn)，例如 10nm 和 7nm，并且其系統(tǒng)電壓也降至 5V 以下。

在數(shù)字 IC 中，功耗與電源電壓的平方成正比。因此，系統(tǒng)電壓的降低有助于減少功耗。晶體管從 0V 的低電平狀態(tài)切換到 1.2V 或 1.8V 的高電平狀態(tài)時(shí)，也比從 0V 切換到 5V 時(shí)消耗的能量要少。

此外，低壓器件不僅產(chǎn)生的熱量更少，從而減輕熱管理負(fù)擔(dān)，而且還支持采用更小的晶體管。這樣，設(shè)計(jì)人員就能減小芯片尺寸或增加晶體管，從而提升性能。

應(yīng)對(duì)當(dāng)前的轉(zhuǎn)換挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)電壓轉(zhuǎn)換通常依賴于分立晶體管或基本 CMOS IC。然而，這些既有方法已難以滿足現(xiàn)代電子設(shè)備的嚴(yán)苛要求。例如，在自動(dòng)駕駛汽車中，傳感器等低壓組件與控制系統(tǒng)之間的實(shí)時(shí)精確電壓轉(zhuǎn)換至關(guān)重要。

T30LMXT3V4T245和T30LMXT3V4T244電平轉(zhuǎn)換器是安森美首批采用新 Treo 平臺(tái)的產(chǎn)品系列之一，該平臺(tái)基于 65nm BCD 半導(dǎo)體工藝技術(shù)。這些產(chǎn)品旨在有效應(yīng)對(duì)當(dāng)前市場(chǎng)的最新需求。

更高速度

現(xiàn)代邏輯電平轉(zhuǎn)換器需要能夠處理高速協(xié)議，以支持跨不同電壓電平進(jìn)行快速雙向通信，而不出現(xiàn)延遲或信號(hào)完整性問題。為了在 100Mbps SPI 等高速接口中保持同步，市場(chǎng)上的許多電平轉(zhuǎn)換器都使用反饋時(shí)鐘，這也帶來了更高的 CPU/GPIO 和功耗（圖 1）。

圖1 安森美的 T30LMxT3V245 能夠在不使用反饋的情況下支持更高的數(shù)據(jù)速度

T30LMXT3V4T245 支持高達(dá) 400Mbps 的數(shù)據(jù)速率，能夠流暢地處理 SPI 等高速協(xié)議。它通過在高速下精確地進(jìn)行電壓電平轉(zhuǎn)換來確保信號(hào)完整性，無需反饋時(shí)鐘，從而降低了設(shè)計(jì)復(fù)雜性和功耗。安森美最新電平轉(zhuǎn)換器提供的高速能力還將有助于實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的汽車和工業(yè)設(shè)計(jì)，在這些領(lǐng)域，集成千兆以太網(wǎng)的需求日益增長。

為了達(dá)到 1 Gbps 的速度，通常需要使用 RGMII 接口，該接口使用 125 MHz 時(shí)鐘和雙倍數(shù)據(jù)速率 (DDR) 信號(hào)，并以 250Mbps 的速度同時(shí)發(fā)送 4 位數(shù)據(jù)。為了支持這些高速信號(hào)轉(zhuǎn)換，并處理以太網(wǎng)物理層 (PHY) 和介質(zhì)訪問控制 (MAC) 之間的不同電壓電平，必須使用高性能電平轉(zhuǎn)換器（圖 2）。

圖2 安森美的 T30LMXT3V4T245 專為支持最新網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計(jì)

T30LMXT3V4T245 的性能針對(duì)工業(yè)自動(dòng)化和汽車 ADAS 系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。這些系統(tǒng)依賴高速千兆網(wǎng)絡(luò)來快速、可靠地執(zhí)行自主任務(wù)，即使在更寬的電壓轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)也能保證穩(wěn)定運(yùn)行。

安森美的 BCD 工藝作為 Treo 平臺(tái)的核心，其關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)之一是在較低工作電壓下具有出色的性能。雖然許多 5V 器件在技術(shù)上能夠支持較低電壓（如 1.8V），但其速度通常會(huì)大幅下降。同樣，3.3V 器件在 1.8V 電壓下表現(xiàn)更好，但在電壓降至 1.2V 及以下時(shí)效率會(huì)降低。

然而，Treo 平臺(tái)在這些低電壓范圍內(nèi)表現(xiàn)出色，即使在 1.8V 和 1.2V 等較低電壓下，也能實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)換速度。因此，T30LMXT3V4T245 非常適合千兆以太網(wǎng)等高數(shù)據(jù)速率應(yīng)用，這些應(yīng)用要求支持低電壓，同時(shí)又不得影響速度或可靠性。

確?？煽窟\(yùn)行

得益于 Treo 的 65nm BCD 技術(shù)，T30LMXT3V4T245 能夠在 -40°C至 125°C 的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行，從而確保在嚴(yán)苛環(huán)境中的長期可靠性能。

Treo 平臺(tái)通過精確的電阻和電容管理，實(shí)現(xiàn)高效的功率控制并降低寄生效應(yīng)的影響。其架構(gòu)采用先進(jìn)的隔離技術(shù)，能夠降低電磁干擾 (EMI) 并提升耐用性。

此外，相較于現(xiàn)有方案，Treo 固有的低噪聲設(shè)計(jì)和精確的低壓 CMOS 技術(shù)使得能夠在邏輯電平之間實(shí)現(xiàn)更精確的低噪聲切換。特別是在較寬電平轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)，例如 1.2V 到 5V 之間的轉(zhuǎn)換，由于噪聲放大，信號(hào)衰減的風(fēng)險(xiǎn)增大，因此這一點(diǎn)尤其重要。

總結(jié)

在這個(gè)電子設(shè)備日益復(fù)雜和互聯(lián)的時(shí)代，可靠且高效的電壓轉(zhuǎn)換變得尤為重要。

通過利用安森美的突破性 Treo 平臺(tái)，T30LMXT3V4T245 和 T30LMXT3V4T244 在邏輯轉(zhuǎn)換技術(shù)上設(shè)定了新標(biāo)桿，為當(dāng)今和未來的電子系統(tǒng)帶來出色的速度、能效和耐高溫性能。