利用安森美Treo平台优化高速逻辑电平转换器设计

在当今技术驱动的时代，电子设备的互操作性至关重要。从汽车 ADAS（先进驾驶辅助系统）到数据中心和工业自动化，现代电子电路必须能够支持各种组件之间的高速通信。

高速逻辑电平转换器（有时称为电压转换器或电平移位器）在现代电子设备中不可或缺，它们使得在不同电压水平下工作的器件之间能够实现无缝通信。然而，许多现有的方案无法满足最新的技术需求，因此亟需新的方案。于是，安森美 (onsemi)Treo 平台及其新一代电平转换器产品系列应运而生，它们专为满足当前技术需求而设计。

现代电子设备对电平转换器的需求日益增加

过去，早期 CMOS 技术和传统晶体管-晶体管逻辑 (TTL) 普遍采用 5V 作为标准工作电压，这使得嵌入式电子器件中的器件接口相对简单。然而，现代电子设备追求在更小的体积内实现更多的功能，设备尺寸越来越小，而对能效和性能的要求却越来越高。

在这些需求的推动下，许多集成电路 (IC) 已经从 40nm 过渡到更小的节点，例如 10nm 和 7nm，并且其系统电压也降至 5V 以下。

在数字 IC 中，功耗与电源电压的平方成正比。因此，系统电压的降低有助于减少功耗。晶体管从 0V 的低电平状态切换到 1.2V 或 1.8V 的高电平状态时，也比从 0V 切换到 5V 时消耗的能量要少。

此外，低压器件不仅产生的热量更少，从而减轻热管理负担，而且还支持采用更小的晶体管。这样，设计人员就能减小芯片尺寸或增加晶体管，从而提升性能。

应对当前的转换挑战

传统电压转换通常依赖于分立晶体管或基本 CMOS IC。然而，这些既有方法已难以满足现代电子设备的严苛要求。例如，在自动驾驶汽车中，传感器等低压组件与控制系统之间的实时精确电压转换至关重要。

T30LMXT3V4T245和T30LMXT3V4T244电平转换器是安森美首批采用新 Treo 平台的产品系列之一，该平台基于 65nm BCD 半导体工艺技术。这些产品旨在有效应对当前市场的最新需求。

更高速度

现代逻辑电平转换器需要能够处理高速协议，以支持跨不同电压电平进行快速双向通信，而不出现延迟或信号完整性问题。为了在 100Mbps SPI 等高速接口中保持同步，市场上的许多电平转换器都使用反馈时钟，这也带来了更高的 CPU/GPIO 和功耗（图 1）。

图1 安森美的 T30LMxT3V245 能够在不使用反馈的情况下支持更高的数据速度

T30LMXT3V4T245 支持高达 400Mbps 的数据速率，能够流畅地处理 SPI 等高速协议。它通过在高速下精确地进行电压电平转换来确保信号完整性，无需反馈时钟，从而降低了设计复杂性和功耗。安森美最新电平转换器提供的高速能力还将有助于实现更复杂的汽车和工业设计，在这些领域，集成千兆以太网的需求日益增长。

为了达到 1 Gbps 的速度，通常需要使用 RGMII 接口，该接口使用 125 MHz 时钟和双倍数据速率 (DDR) 信号，并以 250Mbps 的速度同时发送 4 位数据。为了支持这些高速信号转换，并处理以太网物理层 (PHY) 和介质访问控制 (MAC) 之间的不同电压电平，必须使用高性能电平转换器（图 2）。

图2 安森美的 T30LMXT3V4T245 专为支持最新网络而设计

T30LMXT3V4T245 的性能针对工业自动化和汽车 ADAS 系统进行了优化。这些系统依赖高速千兆网络来快速、可靠地执行自主任务，即使在更宽的电压转换范围内也能保证稳定运行。

安森美的 BCD 工艺作为 Treo 平台的核心，其关键优势之一是在较低工作电压下具有出色的性能。虽然许多 5V 器件在技术上能够支持较低电压（如 1.8V），但其速度通常会大幅下降。同样，3.3V 器件在 1.8V 电压下表现更好，但在电压降至 1.2V 及以下时效率会降低。

然而，Treo 平台在这些低电压范围内表现出色，即使在 1.8V 和 1.2V 等较低电压下，也能实现高转换速度。因此，T30LMXT3V4T245 非常适合千兆以太网等高数据速率应用，这些应用要求支持低电压，同时又不得影响速度或可靠性。

确保可靠运行

得益于 Treo 的 65nm BCD 技术，T30LMXT3V4T245 能够在 -40°C 至 125°C 的温度范围内运行，从而确保在严苛环境中的长期可靠性能。

Treo 平台通过精确的电阻和电容管理，实现高效的功率控制并降低寄生效应的影响。其架构采用先进的隔离技术，能够降低电磁干扰 (EMI) 并提升耐用性。

此外，相较于现有方案，Treo 固有的低噪声设计和精确的低压 CMOS 技术使得能够在逻辑电平之间实现更精确的低噪声切换。特别是在较宽电平转换范围内，例如 1.2V 到 5V 之间的转换，由于噪声放大，信号衰减的风险增大，因此这一点尤其重要。

总结

在这个电子设备日益复杂和互联的时代，可靠且高效的电压转换变得尤为重要。

通过利用安森美的突破性 Treo 平台，T30LMXT3V4T245 和 T30LMXT3V4T244 在逻辑转换技术上设定了新标杆，为当今和未来的电子系统带来出色的速度、能效和耐高温性能。