SGM4564：4位双向电压电平转换器的详细解析

在电子设计领域，电压电平转换是一个常见且关键的需求。不同的设备或系统可能工作在不同的电压水平下，这就需要一种可靠的电平转换解决方案。SGMICRO的SGM4564 4位双向电压电平转换器，凭借其独特的特性和广泛的应用范围，成为了众多工程师的首选。

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一、产品概述

SGM4564采用两个独立的可配置电源轨，A端口设计用于跟踪(V{CCA})，其接受1.2V至5.5V的任何电源电压；B端口设计用于跟踪(V{CCB})，接受1.65V至5.5V的任何电源电压。这使得它能够在1.2V、1.5V、1.8V、2.5V、3.3V和5V等电压节点之间实现通用的低压双向转换。同时，要注意(V{CCA})不应超过(V{CCB})。

当输出使能（OE）输入为低电平时，所有输出都处于高阻抗状态。为了在电源上电或下电期间确保高阻抗状态，OE应通过下拉电阻连接到GND，电阻的最小值由驱动器的电流源能力决定。该器件还采用了(I_{OFF})电路，适用于部分掉电应用，可防止在掉电时通过器件的损坏性电流回流。

二、产品特性

1. 宽电压范围：A端口支持1.2V至5.5V，B端口支持1.65V至5.5V，且(V{CCA} ≤V{CCB})，能满足多种不同电压系统的转换需求。
2. (V_{CC})隔离：如果任一(V_{CC})处于GND，所有输出都处于高阻抗状态，增强了系统的安全性和稳定性。
3. 低功耗：具有低功耗特性，有助于降低系统的整体功耗，延长电池续航时间。
4. 推挽输出：提供推挽输出，能够有效地驱动负载。
5. 支持部分掉电模式：通过(I_{OFF})支持部分掉电模式操作，提高了系统的灵活性和节能性。
6. 宽工作温度范围：可在 -40℃至 +85℃的环境温度范围内工作，适应不同的应用场景。
7. 多种封装形式：提供Green SOIC - 14、UTQFN - 1.8×1.8 - 12L和TQFN - 2×2 - 12L等多种封装，方便不同的设计需求。

三、应用领域

SGM4564广泛应用于智能手机、便携式设备、UART和GPIO等领域。在这些应用中，它能够实现不同电压系统之间的可靠通信和数据传输。

四、电气特性

1. 输出电压

• A端口高电平输出电压（(V{OHA})）：在(V{CCA}=1.2V)，(I{OH}=-20µA)时，为1.05V；在(V{CCA}=1.4V)至5.5V时，也能满足相应的输出要求。
• A端口低电平输出电压（(V{OLA})）：在(I{OL}=20µA)，(V{CCA}=1.2V)时，为0.1V；在(V{CCA}=1.4V)至5.5V时，为0.3V。
• B端口高电平输出电压（(V{OHB})）：在(I{OH}=-20µA)，(V{CCB}=1.65V)至5.5V时，为(V{CCB}-0.3V)。
• B端口低电平输出电压（(V{OLB})）：在(I{OL}=20µA)，(V_{CCB}=1.65V)至5.5V时，为0.3V。

2. 输入输出电流

• 输入泄漏电流（(I{I})）：在不同的(V{CCA})和(V_{CCB})条件下，典型值在±1µA至±1.5µA之间。
• 3态输出泄漏电流（(I{OZ})）：在OE = GND，不同的(V{CCA})和(V_{CCB})条件下，典型值在±0.5µA至±1µA之间。
• 静态电源电流（(I{CCA})、(I{CCB})、(I{CCA}+I{CCB})、(I{CCZA})、(I{CCZB})）：在不同的工作条件下，电流值有所不同，但整体都处于较低水平，体现了其低功耗的特性。

3. 电容特性

• OE输入电容（(C{I})）：在(V{CCA}=1.2V)至5.5V，(V_{CCB}=1.65V)至5.5V时，典型值为5.2pF。
• 输入/输出电容（(C_{IO})）：A端口和B端口在相应的电压范围内，典型值均为4.4pF。

五、时序要求

不同的(V{CCA})和(V{CCB})组合下，数据速率和脉冲持续时间有所不同。例如，当(V{CCA}=1.2V)，(V{CCB})分别为1.8V、2.5V、3.3V、5V时，数据速率均为20Mbps，脉冲持续时间均为50ns；随着(V_{CCA})的增加，数据速率和脉冲持续时间也会相应变化，最高数据速率可达100Mbps。

六、开关特性

开关特性包括传播延迟（(t{PD})）、使能时间（(t{EN})）、禁用时间（(t{DIS})）、上升时间（(t{rA})、(t{rB})）、下降时间（(t{fA})、(t{fB})）和通道间偏斜（(t{SK(O)})）等。这些特性在不同的(V{CCA})和(V{CCB})条件下也有所不同，工程师在设计时需要根据具体的应用场景进行选择。

七、应用信息

1. 架构

SGM4564的架构不需要方向控制信号来控制数据从A到B或从B到A的流向。在直流状态下，其输出驱动器可以保持高或低电平，但设计为较弱的驱动能力，以便在总线上的数据开始反向流动时能够被外部驱动器覆盖。输出单稳态触发器可以检测A或B端口上的上升或下降沿，在上升沿时，单稳态触发器会短时间开启PMOS晶体管（T1、T3），加快低到高的转换；在下降沿时，开启NMOS晶体管（T2、T4），加快高到低的转换。

2. 电源上电

在操作过程中，要始终确保(V{CCA} ≤ V{CCB})。在上电顺序方面，(V{CCA} ≥ V{CCB})不会损坏设备，任何电源都可以先上电。当任一(V{CC})关闭（(V{CCA/B}=0V)）时，SGM4564的电路会禁用所有输出端口。

3. 使能和禁用

通过OE输入可以禁用设备，将OE设置为低电平，可使所有I/O处于高阻抗（Hi - Z）状态。禁用时间（(t{DIS})）表示OE变为低电平到输出实际禁用（Hi - Z）之间的延迟；使能时间（(t{EN})）表示OE变为高电平后，单稳态电路开始工作所需的时间。

4. 上拉或下拉电阻

SGM4564设计用于驱动高达70pF的电容性负载，其输出驱动器的直流驱动强度较低。如果在数据I/O上外部连接上拉或下拉电阻，其值必须保持高于50kΩ，以确保不会与SGM4564的输出驱动器产生冲突。

5. 输入驱动器要求

由于SGM4564的输出驱动器特性，它不适合用于I2C或1 - 线等应用中，因为这些应用中在双向数据I/O上连接了开漏驱动器。同时，驱动SGM4564数据I/O的设备必须具有至少±2mA的驱动强度。

八、封装信息

SGM4564提供了SOIC - 14、UTQFN - 1.8×1.8 - 12L和TQFN - 2×2 - 12L三种封装形式，并给出了详细的封装外形尺寸、推荐焊盘图案、卷带和卷轴信息以及纸箱尺寸等。工程师在设计时可以根据实际情况选择合适的封装。

SGM4564是一款功能强大、性能优良的4位双向电压电平转换器，能够满足多种不同的应用需求。在使用过程中，工程师需要根据具体的设计要求，合理选择工作电压、封装形式等参数，以确保系统的稳定运行。你在实际应用中是否遇到过类似的电平转换问题呢？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。