探索 NTB0104 双电源转换收发器：特性、应用与设计要点

在电子设计领域，双电源转换收发器扮演着至关重要的角色。它能够实现不同电压电平之间的双向转换，为设备间的通信提供便利。今天，我要和大家分享一款来自恩智浦（NXP）的 4 位双电源转换收发器——NTB0104。

文件下载：NTB0104.pdf

一、总体概述

NTB0104 是一款具备自动方向感应功能的 4 位双电源转换收发器，可以实现双向电压电平转换。它有两个 4 位输入 - 输出端口（An 和 Bn）、一个输出使能输入（OE）以及两个电源引脚（(V{CC(A)}) 和 (V{CC(B)})）。(V{CC(A)}) 的供电电压范围是 1.2 V 到 3.6 V，(V{CC(B)}) 则是 1.65 V 到 5.5 V，这使得该设备适用于在多种低电压节点（如 1.2 V、1.5 V、1.8 V、2.5 V、3.3 V 和 5.0 V）之间进行转换。

当 OE 引脚为低电平时，输出将处于高阻态 OFF 状态。同时，该设备采用了 IOFF 电路，能够在部分掉电应用中保证输出禁用，防止设备掉电时产生破坏性的回流电流。

二、特性与优势

（一）宽电源电压范围

(V{CC(A)}) 为 1.2 V 到 3.6 V，(V{CC(B)}) 是 1.65 V 到 5.5 V，这种宽电压范围的设计使得它在不同的电源环境下都能稳定工作，提高了设备的通用性。

（二）IOFF 电路实现部分掉电模式操作

在设备部分掉电时，IOFF 电路能够有效禁用输出，避免反向电流对设备造成损坏，这对于需要节能和保护设备的应用场景非常重要。

（三）高输入电压接受能力

输入能够承受最高 5.5 V 的电压，这增加了设备在复杂电压环境中的适应性。

（四）强大的 ESD 保护

• HBM（人体模型）：A 端口的 HBM JESD22 - A114E 2 类超过 2500 V，B 端口的 HBM JESD22 - A114E 3B 类超过 15000 V。
• MM（机器模型）：MM JESD22 - A115 - A 超过 200 V。
• CDM（带电器件模型）：对于 NTB0104UK 为 1000 V，其他类型超过 1500 V。这种强大的静电放电保护能力，能够有效防止静电对芯片造成损坏，提高了设备的可靠性。

（五）出色的闩锁性能

按照 JESD 78B 2 类标准，闩锁性能超过 100 mA，保证了设备在高压环境下的稳定性。

（六）多种封装选项

提供 DHVQFN14、XQFN12 和 WLCSP12 等多种封装形式，工程师可以根据具体的应用场景和设计要求选择合适的封装。

（七）宽温度范围工作

可在 -40 °C 到 +85 °C 和 -40 °C 到 +125 °C 的温度范围内正常工作，适用于不同的恶劣环境。

三、产品订购信息

（一）型号与封装

型号	顶部标记	封装名称	描述	版本
NTB0104BQ	B0104	DHVQFN14	塑料双列直插兼容热增强超薄四方扁平无引脚封装，14 个端子，尺寸 2.5 × 3 × 0.85 mm	SOT762 - 1
NTB0104GU12	t4	XQFN12	塑料超薄四方扁平无引脚封装，12 个端子，尺寸 1.70 × 2.0 × 0.50 mm	SOT1174 - 1
NTB0104UK	t04	WLCSP12	晶圆级芯片尺寸封装，12 个凸点，尺寸 1.20 × 1.60 × 0.56 mm，包含背面涂层

（二）订购选项

不同的型号有不同的包装方法、最小订购量和适用的温度范围，具体信息如下表所示：	型号	可订购部件编号	封装	包装方法	最小订购量	温度范围
NTB0104BQ	NTB0104BQ,115	DHVQFN14	7" 卷轴	3000	-40 °C 到 +125 °C
NTB0104GU12	NTB0104GU12,115	XQFN12	7" 卷轴	4000	-40 °C 到 +125 °C
NTB0104UK	NTB0104UK,012	WLCSP12	7" 卷轴	5000	-40 °C 到 +125 °C

需要注意的是，NTB0104UK 已于 2024 年 3 月 22 日停止购买，2024 年 9 月 27 日停止发货。

四、引脚信息

（一）引脚配置

NTB0104 不同封装的引脚配置有所不同，包括 DHVQFN14（SOT762 - 1）、XQFN12（SOT1174 - 1）和 WLCSP12 等封装。在进行设计时，需要根据所选封装仔细查看引脚配置图，确保各个引脚的连接正确。

（二）引脚描述

符号	SOT762 - 1 引脚	SOT1174 - 1 引脚	WLCSP12 球	描述
(V_{CC(A)})	1	1	B2	电源电压 A
A1, A2, A3, A4	2, 3, 4, 5	2, 3, 4, 5	A3, B3, C3, D3	数据输入或输出（参考 (V_{CC(A)})）
n.c.	6, 9	-	-	未连接
GND	7	6	D2	接地（0 V）
OE	8	12	C2	输出使能输入（高电平有效，参考 (V_{CC(A)})）
B4, B3, B2, B1	10, 11, 12, 13	7, 8, 9, 10	D1, C1, B1, A1	数据输入或输出（参考 (V_{CC(B)})）
(V_{CC(B)})	14	11	A2	电源电压 B

五、功能描述

（一）功能表

通过功能表可以清晰地了解 NTB0104 在不同电源电压和输入状态下的工作情况：	(V_{CC(A)})	(V_{CC(B)})	OE	An	Bn
1.2 V 到 (V_{CC(B)})	1.65 V 到 5.5 V	L（低电平）	Z（高阻态）	Z（高阻态）
1.2 V 到 (V_{CC(B)})	1.65 V 到 5.5 V	H（高电平）	输入或输出	输出或输入
GND	GND	X（任意）	Z（高阻态）	Z（高阻态）

（二）工作模式

当 OE 为低电平时，输出处于高阻态 OFF 状态；当 OE 为高电平时，设备可以进行正常的数据输入和输出，并且能够自动感应数据传输方向，实现双向电压电平转换。当 (V{CC(A)}) 或 (V{CC(B)}) 处于 GND 电平时，设备进入掉电模式。

六、电气特性

（一）极限值

该设备的极限值定义了其在不同参数下的最大和最小承受范围，例如电源电压 (V{CC(A)}) 和 (V{CC(B)}) 的范围为 -0.5 V 到 +6.5 V，输入电压 (V_{I}) 范围是 -0.5 V 到 +6.5 V 等。在设计时，必须确保设备的工作条件不超过这些极限值，以免造成永久性损坏。

（二）推荐工作条件

为了保证设备的最佳性能，推荐 (V{CC(A)}) 为 1.2 V 到 3.6 V，(V{CC(B)}) 为 1.65 V 到 5.5 V，输入电压 (V{I}) 为 0 V 到 5.5 V，环境温度 (T{amb}) 为 -40 °C 到 +125 °C，输入过渡上升和下降速率 (Delta t / Delta V) 不超过 40 ns/V。同时，未使用的 I/O 对的 A 和 B 侧必须保持相同状态。

（三）静态特性

在推荐工作条件下，25 °C 时的典型静态特性包括：A 端口在 (V{CC(A)} = 1.2 V)、(I{O} = -20 μA) 时，高电平输出电压 (V{OH}) 为 1.1 V；(I{O} = 20 μA) 时，低电平输出电压 (V_{OL}) 为 0.09 V。输入和输出的泄漏电流、供应电流等参数也都有详细的规定。

（四）动态特性

包括传播延迟、使能时间、禁用时间、过渡时间、输出偏斜时间、脉冲宽度和数据速率等参数。在不同的电源电压和温度条件下，这些参数会有所变化。例如，在 25 °C 时，(V{CC(A)} = 1.2 V)，(V{CC(B)}) 为 1.8 V 到 5.0 V 时，A 到 B 的传播延迟 (t_{pd}) 为 4.2 ns 到 5.9 ns。

七、应用信息

（一）应用场景

NTB0104 主要用于电压电平转换应用，可以在不同电源电压的设备或系统之间进行接口连接，实现数据的双向传输。

（二）架构特点

该设备无需额外的输入信号来控制数据从 A 到 B 或从 B 到 A 的流向。在静态状态下，输出驱动器可以保持定义的输出电平，但输出架构设计较弱，以便在数据总线反向流动时能够被外部驱动器覆盖。输出单稳态电路可以检测 A 或 B 端口的上升或下降沿，加速电平转换过程。在输出转换期间，典型输出阻抗在不同电源电压下有所不同。

（三）输入驱动要求

为了确保设备正常工作，驱动 NTB0104 数据 I/O 的设备必须具有至少 ±2 mA 的驱动能力。

（四）上电和使能/禁用

在操作过程中，(V{CC(A)}) 不能高于 (V{CC(B)})，但在上电时，(V{CC(A)} ≥ V{CC(B)}) 不会损坏设备，无需特殊的上电顺序。通过输出使能输入（OE）可以禁用设备，当 (OE = LOW) 时，所有 I/O 处于高阻态 OFF 状态。为了确保在上电或掉电期间处于高阻态，OE 引脚应通过下拉电阻连接到 GND。

（五）I/O 线上的上拉或下拉电阻

由于 NTB0104 设计用于驱动高达 70 pF 的电容负载，静态驱动强度较低。为避免输出争用问题，使用的任何上拉或下拉电阻必须大于 50 kΩ，因此不建议用于开漏驱动应用，如 1 - Wire 或 (I^{2}C) ，对于这些应用，建议使用 NTS0104 电平转换器。

八、总结

NTB0104 双电源转换收发器以其宽电源电压范围、强大的 ESD 保护、多种封装选项和出色的电气特性，为电子工程师在电压电平转换设计中提供了一个可靠的选择。在使用过程中，我们需要仔细考虑其引脚配置、工作模式、电气特性和应用要求，以确保设备能够稳定、高效地工作。大家在实际应用中有没有遇到过类似收发器的使用难题呢？欢迎在评论区一起讨论。