TXB0104：4位双向电压电平转换器的技术剖析

在电子设计领域，电平转换是一个常见且关键的需求。当不同电压域的设备需要进行通信时，合适的电平转换器就显得尤为重要。TI公司的TXB0104便是这样一款优秀的4位双向电压电平转换器，下面让我们深入了解它。

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一、产品概述

TXB0104是一款具有自动方向感应和±15-kV ESD保护功能的4位双向电压电平转换器。它采用两个独立的可配置电源轨，A端口设计为跟踪(V{CCA})，(V{CCA})可接受1.2 V至3.6 V的任何电源电压；B端口设计为跟踪(V{CCB})，(V{CCB})可接受1.65 V至5.5 V的任何电源电压。这使得它能够在1.2-V、1.5-V、1.8-V、2.5-V、3.3-V和5-V电压节点之间实现通用的低压双向转换，且(V{CCA})不应超过(V{CCB})。

二、产品特性

2.1 电气特性

• 低功耗：最大(I_{cc})仅5 μA，在节能设计中表现出色。
• ESD保护：A端口和B端口都具有出色的ESD保护能力，A端口的人体模型为2500-V（A114 - B）、充电设备模型为1500-V（C101）；B端口的人体模型为±15-kV（A114 - B）、充电设备模型为1500-V（C101），能有效保护芯片免受静电损害。
• 闩锁性能：超过JESD 78 Class II的100 mA要求，保证了芯片在复杂环境下的稳定性。
• (V_{cc})隔离特性：如果任一(V_{cc})输入为GND，所有输出都将处于高阻抗状态，增强了系统的安全性。

2.2 封装形式

TXB0104提供多种封装选择，如GXU/ZXU、RGY、D、PW、RUT、YZT等，满足不同的应用场景和设计需求。不同封装的引脚分配和尺寸有所不同，工程师可以根据实际情况进行选择。

2.3 工作条件

• 绝对最大额定值：(V{CCA})的范围为 - 0.5 V至4.6 V，(V{CCB})为 - 0.5 V至6.5 V；输入电压范围A端口为 - 0.5 V至4.6 V，B端口为 - 0.5 V至6.5 V等。在设计时，必须确保工作条件不超过这些额定值，以避免对芯片造成永久性损坏。
• 推荐工作条件：(V{CCA})为1.2 V至3.6 V，(V{CCB})为1.65 V至5.5 V；工作温度范围为 - 40°C至85°C。在这些条件下，芯片能够稳定可靠地工作。

三、工作原理

3.1 架构特点

TXB0104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的流动方向。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。

3.2 输出单稳态电路

输出单稳态电路可以检测A或B端口的上升或下降沿。在上升沿期间，单稳态电路会在短时间内开启PMOS晶体管（T1、T3），加快从低到高的转换；在下降沿期间，会开启NMOS晶体管（T2、T4），加快从高到低的转换。典型的输出转换期间的输出阻抗在(V{CCO}=1.2 ~V)至1.8 V时为70 Ω，在(V{CCO}=1.8 ~V)至3.3 V时为50 Ω，在(V_{CCO}=3.3 ~V)至5 V时为40 Ω。

3.3 输入驱动要求

为了确保TXB0104的正常工作，驱动其数据I/O的设备必须具有至少±2 mA的驱动强度。

四、使用注意事项

4.1 电源上电顺序

在操作过程中，要始终确保(V{CCA} ≤V{CCB})。在上电排序时，(V{CCA} ≥V{CCB})不会损坏设备，所以任何电源都可以先启动。当任一(V{CC})关闭（(V{CCA / B}=0 ~V)）时，TXB0104的电路会禁用所有输出端口。

4.2 使能和禁用

TXB0104有一个OE输入，通过将OE设置为低电平可以禁用设备，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。

4.3 上拉或下拉电阻

TXB0104设计用于驱动高达70 pF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50 kΩ，以确保它们不会与TXB0104的输出驱动器产生冲突。同时，由于其输出驱动器的特性，TXB0104不适合用于如I2C或1 - Wire等具有开漏驱动器连接在双向数据I/O上的应用，对于这些应用，建议使用TI的TXS01xx系列电平转换器。

五、应用场景

TXB0104适用于需要在不同接口电压的设备或系统之间进行电平转换的应用场景，例如在通信设备、计算机外设、工业控制等领域，它可以帮助不同电压域的设备实现稳定的通信。

TXB0104以其丰富的特性和良好的性能，为电子工程师在电平转换设计中提供了一个可靠的选择。在实际应用中，工程师需要根据具体的设计需求和条件，合理选择封装形式、工作参数，并注意使用过程中的各种注意事项，以充分发挥该芯片的优势。你在使用TXB0104的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。