探索 NTS0302 2 位双电源转换收发器：特性、应用与设计要点

一、引言

在电子设计领域，电压转换是一个常见且关键的需求。不同的电子设备或系统可能工作在不同的电压水平下，为了实现它们之间的有效通信和协同工作，就需要可靠的电压转换解决方案。今天我们要介绍的 NTS0302 2 位双电源转换收发器，就是这样一款性能出色的器件，它能够为电子工程师们提供便捷、高效的电压转换功能。让我们一起深入了解它的特性、应用场景以及在设计过程中需要注意的要点。

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二、NTS0302 概述

NTS0302 是一款具有自动方向感应功能的 2 位双电源转换收发器，可实现双向电压电平转换。它具备两个 1 位输入 - 输出端口（A 和 B）、一个输出使能输入（OE）以及两个电源引脚（(V{CC(A)}) 和 (V{CC(B)})）。其中，(V{CC(A)}) 可在 0.95 V 至 3.6 V 的任意电压下供电，(V{CC(B)}) 则可在 1.65 V 至 5.5 V 的电压范围内供电。这种宽电压范围的设计使得该器件能够适用于多种不同电压节点（如 0.95 V、1.2 V、1.8 V、2.5 V、3.3 V 和 5.0 V）之间的转换。引脚 A 和 OE 参考 (V{CC(A)})，引脚 B 参考 (V{CC(B)})。当引脚 OE 为低电平时，输出将进入高阻抗关闭状态。

三、特性与优势

3.1 宽电源电压范围

(V{CC(A)}) 可在 0.95 V 至 3.6 V 之间变化，(V{CC(B)}) 能在 1.65 V 至 5.5 V 范围内选择，为不同电压系统之间的连接提供了极大的灵活性，工程师可以根据实际需求轻松适配不同的电源电压。

3.2 无需电源排序

在实际应用中，电源排序问题常常会给设计带来一定的复杂性和挑战。而 NTS0302 无需特殊的电源排序，简化了设计流程，降低了设计难度，同时也提高了系统的可靠性。

3.3 高数据速率

在开漏模式下，数据速率可达 2 Mbps；在推挽模式下，数据速率更是能达到 20 Mbps。这使得 NTS0302 能够满足高速数据传输的需求，适用于对数据速率要求较高的应用场景。

3.4 改进的脉冲特性

它拥有更长的单触发脉冲，能够驱动更大的容性负载，同时显著减少振铃和过冲现象。这对于一些对信号质量要求较高的应用来说非常重要，可以有效提高信号的稳定性和可靠性。

3.5 高电压输入能力

A 侧输入可承受高达 3.6 V 的电压，B 侧输入可承受高达 5.5 V 的电压，增强了器件的适应性和兼容性。

3.6 静电放电（ESD）保护

在 HBM JESD22 - A114E Class 2 标准下，两个端口的 ESD 保护均超过 2000 V；在 CDM JESD22 - C101E 标准下，两个端口也超过 1000 V。这使得器件在面对静电干扰时具有更好的防护能力，降低了因静电放电而导致器件损坏的风险。

3.7 闩锁性能

其闩锁性能超过了 JESD 78B Class II 标准的 100 mA，确保了器件在复杂的电气环境下能够稳定工作。

3.8 封装形式与工作温度范围

采用 X2SON8 封装，体积小巧，适合在空间有限的电路板上使用。并且，它的工作温度范围为 - 40 °C 至 + 125 °C，能够适应各种恶劣的工作环境。

四、应用场景

4.1 I2C/SMBus 和 UART 接口

在 I2C 和 SMBus 通信中，不同设备可能工作在不同的电压下，NTS0302 可以实现这些设备之间的电压转换，确保数据的正常传输。同样，在 UART 通信中，它也能发挥重要作用，使得不同电压系统之间能够顺利进行异步数据通信。

4.2 通用输入输出（GPIO）扩展

在一些需要扩展 GPIO 接口的应用中，NTS0302 可以作为电压转换桥梁，连接不同电压的 GPIO 端口，实现信号的可靠传输和控制。

五、订购信息

NTS0302 有特定的型号和订购选项。例如，型号为 NTS0302JK 的产品，其顶部标记为 2x [1]（“x” 根据日期代码变化），采用 X2SON8 封装，具体为塑料超薄小外形封装，无引脚，8 个端子，主体尺寸为 1.4 x 1.0 x 0.32 mm，版本为 SOT1986 - 1。可订购的部件编号为 NTS0302JKZ，包装方式为 7” 卷轴 q1/t1 标准标记，最小订购数量为 10000，工作环境温度范围为 - 40 °C 至 + 125 °C。

六、功能描述与引脚信息

6.1 功能表

电源电压 (V_{CC(A)})	电源电压 (V_{CC(B)})	输入 OE	输入/输出 A	输入/输出 B
0.95 V 至 (V_{CC(B)})	1.65 V 至 5.5 V	L	Z	Z
0.95 V 至 (V_{CC(B)})	1.65 V 至 5.5 V	H	输入或输出	输出或输入
GND [2]	GND [2]	X	Z	Z

注：H = 高电压电平；L = 低电压电平；X = 无关；Z = 高阻抗关闭状态；当 (V{CC(A)}) 或 (V{CC(B)}) 处于地电平（GND）时，设备进入掉电模式。

6.2 引脚说明

符号	引脚	描述
(V_{CC(A)})	1	电源电压 A
A1, A2	2, 3	数据输入或输出（参考 (V_{CC(A)})）
GND	4	地（0 V）
OE	5	输出使能输入（高电平有效；参考 (V_{CC(A)})）
B2, B1	6, 7	数据输入或输出（参考 (V_{CC(B)})）
(V_{CC(B)})	8	电源电压 B

七、电气特性

7.1 极限值

NTS0302 的各项参数都有其极限值，例如 (V{CC(A)}) 的范围为 - 0.5 V 至 + 4.6 V，(V{CC(B)}) 的范围为 - 0.5 V 至 + 6.5 V 等。在设计过程中，必须严格遵守这些极限值，以避免器件因过压、过流等情况而损坏。

7.2 推荐工作条件

推荐的 (V{CC(A)}) 为 0.95 V 至 3.6 V，(V{CC(B)}) 为 1.65 V 至 5.5 V，环境温度范围为 - 40 °C 至 + 125 °C 等。在这些条件下工作，器件能够发挥出最佳的性能。

7.3 热特性

其热阻信息显示，结到环境的热阻 (R{θJA}) 为 174.9 °C/W，结到顶部的热特性 (ψ{JT}) 为 15.8 °C/W。在进行 PCB 设计时，需要考虑这些热特性，确保器件能够有效散热，避免因温度过高影响性能甚至损坏器件。

7.4 静态特性和动态特性

静态特性包括输入泄漏电流、关态输出电流、输入电容等参数；动态特性则涉及到传播延迟、输出转换时间、数据速率等。这些特性参数对于评估器件在不同工作条件下的性能非常重要，工程师需要根据具体的应用需求进行合理选择和设计。

八、设计要点

8.1 输入驱动要求

由于 NTS0302 是开关型转换器，输入驱动器的特性会直接影响输出信号。外部开漏或推挽驱动器的输出阻抗和边沿速率会影响系统的静态电流吸收能力、最大数据速率、高 - 低输出转换时间和传播延迟。数据手册中给出的参数限制是基于输出阻抗低于 50 Ω 的驱动器。因此，在选择输入驱动器时，需要确保其输出阻抗符合要求，以获得良好的性能。

8.2 输出负载考虑

最大可驱动的集总电容负载取决于单触发脉冲持续时间。在电容负载非常大的情况下，输出可能无法在单触发脉冲持续时间内达到正电源轨。为了避免过度的电容负载并确保单触发电路的正确触发，在 PCB 布局中应使用短的走线长度和低电容的连接器。同时，PCB 走线长度应使任何反射的往返延迟在单触发脉冲持续时间（约 50 ns）内，以确保低阻抗端接，避免输出信号振荡和单触发重新触发。

8.3 输出单触发压摆率控制

集成的压摆率控制和单触发驱动器输出电流的定时增加有助于降低电磁干扰（EMI）。在 (V{OUT}) 侧的额外比较器电路会在 (V{OUT }> 0.65 V_{OUT}) 时稍微延迟后开始降低单触发驱动器电流，这样可以安全地将输出电压驱动到安全的高电平，同时尽早降低驱动器强度以减少过冲。

8.4 上电和使能/禁用操作

在正常工作时，(V{CC(A)}) 绝不能高于 (V{CC(B)})。不过，在上电过程中，(V{CC(A)} ≥ V{CC(B)}) 不会损坏器件，因此两个电源可以先启动任意一个，无需特殊的上电顺序。通过输出使能输入（OE）可以禁用器件，当 (OE = LOW) 时，所有 I/O 端口将进入高阻抗关闭状态。为了确保在上电或掉电过程中处于高阻抗关闭状态，应通过下拉电阻将引脚 OE 连接到地，电阻的最小值取决于驱动器的电流源能力。

8.5 上拉或下拉电阻

A 端口 I/O 具有一个内部 10 kΩ 上拉电阻连接到 (V{CC(A)})，B 端口 I/O 具有一个内部 10 kΩ 上拉电阻连接到 (V{CC(B)})。如果需要更小的上拉电阻值，可以在内部 10 kΩ 电阻上并联一个外部电阻。当 OE 为低电平时，NTS0302 的内部上拉电阻将被禁用。

8.6 ESD 保护

NTS0302 的 I/O 线路具有轨到轨 ESD 保护结构，将 A 和 B I/O 连接到各自的电源。因此，如果电源引脚被拉低，相关的 I/O 也会通过上 ESD 保护二极管和 10 kΩ 上拉电阻被拉低。这在设计过程中需要加以考虑，以确保系统的可靠性。

九、总结

NTS0302 2 位双电源转换收发器凭借其宽电源电压范围、高数据速率、良好的 ESD 保护和简单的设计要求等优势，成为了电子工程师在电压转换应用中的理想选择。无论是在 I2C/SMBus、UART 通信，还是 GPIO 扩展等场景中，它都能发挥出出色的性能。然而，在使用过程中，我们也需要充分考虑其各项电气特性和设计要点，以确保系统的稳定性和可靠性。各位工程师在实际应用中，不妨根据具体的需求来评估和使用这款器件，相信它会给你带来意想不到的效果。你在设计过程中是否遇到过类似的电压转换问题？你会如何选择合适的器件来解决这些问题呢？欢迎在评论区留言分享你的经验和见解。