探索P3A9606JK：2位双电源双向I3C/I2C总线和SPI电压电平转换器

在电子工程师的日常工作中，我们常常会遇到不同设备或系统工作在不同电源电压下的情况。为了实现它们之间的有效通信，电压电平转换器就显得尤为重要。今天，我们就来深入了解一款来自恩智浦（NXP）的高性能电平转换器——P3A9606JK。

文件下载：P3A9606JK.pdf

产品概况

P3A9606JK是一款具有自动方向感应功能的2位双电源转换收发器。它就像是一个智能的桥梁，能够在传统的(I^{2}C)总线/SMBus应用、12.5 MHz I3C总线应用以及更高速度的SPI应用（搭配两个设备使用）中实现双向电压电平转换。其显著特点包括两个1位输入 - 输出端口（An和Bn）、一个输出使能输入（OE）和两个电源引脚（(V{CCA})和(V{CCB})）。

电源电压范围

P3A9606JK的电源电压范围相当宽泛，(V{CCA})可在0.72 V至1.98 V之间供电，(V{CCB})同样能在0.72 V至1.98 V之间选取合适的电压。不过需要注意的是，为了确保设备正常工作，必须满足(V{CCA} ≤ V{CCB})。这种宽泛的电压范围使得该器件非常适合在各种低电压节点（如0.8 V、1.2 V和1.8 V）之间进行转换。

应用类型

它既可以用于开漏应用，也能在推挽应用中发挥作用，这意味着它能够支持使用I3C、(I^{2}C)和SPI协议的电平转换应用，为我们在不同的应用场景中提供了更多的选择。

引脚特性

引脚An参考(V{CCA})，引脚Bn参考(V{CCB})。输出使能引脚OE为高电平有效，参考(V{CCA})，并且可以由(V{CCA})或(V{CCB})域中的信号进行控制。当OE引脚为低电平时，输出将处于高阻态的“OFF”状态。此外，该器件的(I{OFF})电路在设备断电时能够禁用输出，有效防止了通过器件的破坏性回流电流。

产品特性与优势

宽电源电压范围

前面已经提到，其宽电源电压范围为设计提供了极大的灵活性。同时，它的(I_{OFF})电路还支持部分掉电模式操作，这对于需要节能的应用场景来说非常友好。

高电压兼容性

输入能够接受高达1.98 V的电压，并且具有1.98 V的过压耐受性。这使得它在处理不同电压信号时更加稳定可靠，能够适应复杂的工作环境。

多协议支持

能够为I3C、(I^{2}C)总线、SMBus和SPI设备提供电压电平转换。无论是在传统的(I^{2}C)应用中，还是在新兴的I3C和高速SPI应用里，P3A9606JK都能胜任，大大拓宽了其应用范围。

静电放电（ESD）保护

在ESD保护方面表现出色，HBM JESD22 - A114E Class 2超过2000 V，CDM JESD22 - C101E超过1000 V。这意味着它能够有效抵御静电的干扰，保护内部电路不受静电损害，提高了产品的可靠性和稳定性。

闩锁性能

闩锁性能超过JESD 78B Class II规定的100 mA，进一步增强了产品的稳定性和安全性。在实际应用中，能够有效避免闩锁现象的发生，保证设备的正常运行。

封装形式

采用X2SON8封装，这种封装形式具有体积小、集成度高的优点，适合在对空间要求较高的应用场景中使用。

温度范围

工作温度范围涵盖-40 °C至 +85 °C以及 -40 °C至 +125 °C，这使得它能够在不同的环境温度下稳定工作，满足了各种恶劣环境的应用需求。

订购信息

在订购P3A9606JK时，我们需要了解以下信息：	型号	顶部标识	封装	封装描述	版本
P3A9606JK	Tx [1]	X2SON8	超薄小外形无引脚封装，8个引脚，0.35 mm间距，1.35 mm x 1.0 mm x 0.32 mm尺寸	SOT2015 - 1

订购选项

型号	可订购零件编号	封装	包装方法	最小订购数量	温度范围
P3A9606JK	P3A9606JKZ	X2SON8	13英寸卷轴，Q1/T1标准标记SMD，带SSB [1]	20000	(T_{amb}) = -40 °C至 +125 °C

这里需要注意的是，包装方法使用了静电屏蔽袋（SSB）解决方案，材料在使用期间必须保持密封。

引脚信息

引脚配置

P3A9606JK的引脚配置如图所示，详细了解引脚的位置和功能对于正确使用该器件至关重要。

引脚描述

符号	引脚	描述
B2, B1	1, 8	B端口 - 数据输入或输出（参考(V_{CCB})）
GND	2	接地（0 V）
(V_{CCA})	3	电源电压A
A2, A1	4, 5	A端口 - 数据输入或输出（参考(V_{CCA})）
OE	6	输出使能输入（高电平有效，参考(V{CCA})）；信号可来自(V{CCA})或(V_{CCB})域
(V_{CCB})	7	电源电压B

功能描述

P3A9606JK的行为与电源电压和OE引脚的状态密切相关：	电源电压(V_{CCA})	电源电压(V_{CCB})	输入OE	输入/输出
0.72 V至1.98 V	0.72 V至1.98 V	L	断开
0.72 V至1.98 V	0.72 V至1.98 V	H	A1 = B1; A2 = B2
GND	GND	X	断开

当(V{CCA})或(V{CCB})处于GND电平时，设备将进入掉电模式。此外，OE引脚的(V{IL})和(V{IH})参考(V{CCA})，并且可以由(V{CCA})或(V{CCB})供电的外部设备控制。由于(V{CCB})需要大于(V{CCA})，OE引脚被设计为能够承受等于(V{CCB})的电压（在推荐的功能电压范围内最高可达1.98 V）。

电气特性

极限值

在使用P3A9606JK时，我们必须遵守其极限值规定，以避免对设备造成永久性损坏。例如，电源电压(V{CCA})和(V{CCB})的范围为 -0.5 V至2.5 V，输入电压(V{I})和输出电压(V{O})也有相应的限制。具体极限值如下表所示：	符号	参数	条件	备注	最小值	最大值	单位
(V_{CCA})	电源电压A	(V{CCA} ≤ V{CCB})		-0.5	2.5	V
(V_{CCB})	电源电压B	(V{CCA} ≤ V{CCB})		-0.5	2.5	V
(V_{I})	输入电压	A端口、B端口和OE	[1]	-0.5	2.5	V
(V_{O})	输出电压	活动模式	[1][2][3]	-0.5	(V_{CCO} + 0.25 V)	V
		掉电或三态模式	[1]	-0.5	2.5	V
(I_{IK})	输入钳位电流	(V_{I} < 0 V)		-50	-	mA
(I_{OK})	输出钳位电流	(V_{O} < 0 V)		-50	-	mA
(I_{O})	输出电流	(V{O} = 0 V)至(V{CCO})	[2]	-	±50	mA
(I_{CC})	电源电流	(I{CC(A)})或(I{CC(B)})		-	100	mA
(I_{GND})	接地电流			-100	-	mA
(T_{stg})	存储温度			-65	+150	°C
(P_{tot})	总功耗	(T_{amb}) = -40 °C至 +125 °C		-	125	mW

推荐工作条件

为了确保设备的最佳性能，我们应该在推荐的工作条件下使用P3A9606JK。例如，电源电压(V{CCA})和(V{CCB})应在0.72 V至1.98 V之间，输入电压(V{I})和输出电压(V{O})也有相应的范围要求。具体推荐工作条件如下表所示：	符号	参数	条件	最小值	最大值	单位
(V_{CCA})	电源电压A	(V{CCA} ≤ V{CCB})	0.72	1.98	V
(V_{CCB})	电源电压B	(V{CCA} ≤ V{CCB})	0.72	1.98	V
(V_{I})	输入电压	A端口、B端口和OE	0	1.98	V
(V_{O})	输出电压	掉电或三态模式；(V{CCA}) = 0.72 V至1.98 V；(V{CCB}) = 0.72 V至1.98 V
	A端口	0	1.98	V
	B端口	0	1.98	V
(T_{amb})	环境温度		-40	+125	°C
(T_{J})	结温 [2]		-40	+125	°C
(Delta t/ Delta V)	输入转换上升和下降速率	(V{CCA}) = 0.72 V至1.98 V；(V{CCB}) = 0.72 V至1.98 V	-	<5.3	ns/V

热特性

P3A9606JK的热特性对于其在实际应用中的稳定性至关重要。其热阻(R{th(j - a)})在X2SON8封装下为114.9 °C/W，结到顶部的特性(Psi{(j - t)})为1.6 °C/W。

静态特性

在推荐的工作条件下，P3A9606JK的静态特性表现良好。例如，在(V{CCA}) = 1.2 V、(I{O}) = -15 μA时，A端口的高电平输出电压(V{OH})典型值为1.05 V；在(V{CCA}) = 1.2 V、(I{O}) = 20 μA时，A端口的低电平输出电压(V{OL})典型值为0.09 V。具体静态特性可参考文档中的表格。

动态特性

动态特性描述了P3A9606JK在不同温度范围和不同电源电压下的性能表现。例如，在 -40 °C至 +85 °C温度范围内，当(V{CCA}) = 0.8 V ± 10 %、(V{CCB}) = 1.2 V ± 10 %，负载电容(C{L}) = 15 pF时，A到B的传播延迟(t{pd})最小值为2.1 ns，典型值为5.6 ns，最大值为7.7 ns。不同温度范围和电源电压下的详细动态特性可参考文档中的相关表格。

波形与测试

文档中提供了数据输入（An，Bn）到数据输出（Bn，An）的传播延迟时间波形图，以及用于测量开关时间的测试电路。同时，还详细说明了测量点和测试数据，这对于我们准确评估P3A9606JK的性能非常有帮助。

应用信息

应用场景

P3A9606JK主要用于电压电平转换应用，能够实现不同电源电压设备或系统之间的接口。文档中给出了I3C、(I^{2}C)和SPI应用的典型操作电路图，为我们在实际应用中提供了参考。

架构

其架构采用了边缘速率加速器电路（包括高低电平和低高电平转换）、N沟道传输门晶体管和上拉电阻，以满足高速信号转换和驱动能力的要求。这种设计无方向依赖性，无需方向控制信号，支持低速开漏操作和高速推挽操作。

输入驱动要求

输入驱动的连续直流电流吸收或源出能力由外部系统级的开漏或推挽驱动器决定。这些IO电路具有较高的带宽，能够快速实现输入和输出的转换，但其源出能力由上拉电阻决定，为数百微安。信号的下降时间取决于外部驱动P3A9606JK数据IO的边缘速率和输出阻抗，以及数据线上的电容负载。

电源管理

上电顺序

应先将(V{CCB})开启到推荐的工作电压范围，然后再开启(V{CCA})。

掉电顺序

先关闭(V{CCB})，待其完全关闭后，再关闭(V{CCA})。不同电源的这种顺序切换不会损坏设备，并且当(V{CCA})或(V{CCB})关闭时，P3A9606JK的电路会禁用所有输出端口，使其进入掉电模式。

使能与禁用

输出使能输入（OE）用于在(V{CCA})和(V{CCB})都处于推荐工作条件时启用或禁用设备。当(OE) = LOW时，所有I/O将进入高阻态的“OFF”状态。禁用时间（(t{dis})，无外部负载时）表示OE变为LOW到输出实际禁用之间的延迟；启用时间（(t{en})）表示OE变为HIGH后，用户需要等待单触发电路开始工作的时间。为了确保在电源上电或掉电期间处于高阻态“OFF”状态，OE引脚应连接到GND，并且在任何情况下都不应悬空。

布局指南

旁路电容

在电源上必须使用旁路电容，并将其尽可能靠近(V{CCA})、(V{CCB})和GND引脚放置，以减少电源噪声对设备的影响。

短迹线长度

使用短迹线以避免过多的负载，减少信号传输过程中的损耗和干扰。

PCB信号迹线长度

PCB信号迹线长度应足够短，以使任何反射的往返延迟小于单触发持续时间（约8 ns），确保反射在源驱动器处遇到低阻抗，保证信号的稳定传输。

封装与焊接

封装外形

P3A9606JK采用SOT2015 - 1封装，文档中给出了详细的封装外形图，方便我们在设计PCB时进行布局。

焊接指导

文档提供了PCB设计中焊接P3A9606JK的指导，包括焊接焊盘、阻焊开窗图案和焊膏