探索NTS0304E：一款强大的4位双电源转换收发器

在电子设计的领域中，电压转换收发器是实现不同电压系统间通信的关键组件。今天，我们就来深入了解NXP公司推出的NTS0304E 4位双电源转换收发器，看看它有哪些独特的特性和应用场景。

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一、产品概述

NTS0304E是一款具备自动方向感应功能的4位双电源转换收发器，能够实现双向电压电平转换。它拥有八个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0.95V至3.6V之间任意供电，(V{CC(B)}) 则可在1.65V至5.5V之间供电，这种灵活性使得它适用于多种电压节点（如0.95V、1.2V、1.8V、2.5V、3.3V和5.0V）之间的转换。引脚A和OE参考 (V{CC(A)}) ，引脚B参考 (V{CC(B)}) 。当OE引脚为低电平时，输出将进入高阻抗的OFF状态。

二、产品特性与优势

2.1 宽电源电压范围

(V{CC(A)}) 范围为0.95V至3.6V，(V{CC(B)}) 范围为1.65V至5.5V，这使得它能够适应多种不同电压的系统，为设计提供了更大的灵活性。

2.2 无需电源排序

在实际应用中，电源排序往往是一个复杂的问题。而NTS0304E无需特定的电源排序，简化了设计流程，降低了设计难度。

2.3 高数据速率

• 开漏模式下数据速率可达2Mbps。
• 推挽模式下数据速率更是高达20Mbps，能够满足不同应用场景对数据传输速度的要求。

  2.4 长单触发脉冲

  长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，保证了信号的稳定性和可靠性。

  2.5 高电压耐受性

• A侧和OE输入可承受最高3.6V的电压，并且具有3.6V的耐压能力。
• B侧输入可承受最高5.5V的电压，并且具有5.5V的耐压能力，提高了产品的适用性和可靠性。

  2.6 静电放电（ESD）保护

• B侧端口符合IEC 61000 - 4 - 2 Class 4标准，接触放电可达8kV。
• 两个端口的人体模型（HBM）JESD22 - A114E Class 2超过2000V。
• 两个端口的带电器件模型（CDM）JESD22 - C101E超过1000V，有效保护产品免受静电损伤。

  2.7 闩锁性能

  闩锁性能超过JESD 78B Class II标准的100mA，提高了产品的稳定性和可靠性。

  2.8 多种封装选项

  提供TSSOP14和WLCSP12两种封装形式，方便工程师根据不同的应用场景进行选择。

  2.9 宽工作温度范围

  指定的工作温度范围为 - 40°C至 + 125°C，能够适应各种恶劣的工作环境。

三、应用场景

3.1 I²C/SMBus、UART

在I²C和SMBus通信中，不同设备可能工作在不同的电压下，NTS0304E可以实现这些设备之间的电压转换，保证通信的正常进行。在UART通信中，也可以使用它来实现不同电压系统之间的接口。

3.2 通用输入输出（GPIO）

在一些需要进行电压转换的GPIO应用中，NTS0304E可以作为一个可靠的解决方案，实现不同电压电平之间的转换。

四、订购信息

4.1 型号与封装

型号	顶面标记	封装	封装描述	版本
NTS0304EUK	S4	WLCSP12	晶圆级芯片尺寸封装；12个焊球，间距0.4mm；尺寸为1.42 x 1.97 x 0.525mm	SOT1390 - 10
NTS0304EPW	NTS0304	TSSOP14	塑料薄型收缩小外形封装；14个引脚，体宽4.4mm	SOT402 - 1

4.2 订购选项

型号	可订购部件号	封装	包装方式	最小订购数量	温度范围
NTS0304EUK	NTS0304EUKZ	WLCSP12	7英寸卷轴q1/t1 *特殊标记芯片dp	4000	(T_{amb} = - 40°C) 至 + 125°C
NTS0304EPW	NTS0304EPWJ	TSSOP14	13英寸卷轴q1/t1 *标准标记SMD	2500	(T_{amb} = - 40°C) 至 + 125°C

五、引脚信息

5.1 引脚配置

NTS0304E有两种封装形式，分别为TSSOP14和WLCSP12，它们的引脚配置如下：

• TSSOP14：具体引脚配置可参考文档中的图2。
• WLCSP12：具体引脚配置可参考文档中的图3。

5.2 引脚描述

符号	SOT402 - 1引脚	WLCSP12焊球	描述
(V_{CC(A)})	1	B2	电源电压A
A1, A2, A3, A4	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	D2	接地（0V）
OE	8	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	D1, C1, B1, A1	数据输入或输出（参考 (V_{CC(B)}) ）
(V_{CC(B)})	14	A2	电源电压B

六、功能描述

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
0.95V至 (V_{CC(B)})	1.65V至5.5V	L	Z	Z
0.95V至 (V_{CC(B)})	1.65V至5.5V	H	输入或输出	输出或输入
GND	GND	X	Z	Z

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

七、电气特性

7.1 极限值

NTS0304E的极限值规定了其在各种情况下能够承受的最大或最小电压、电流等参数，具体如下：	符号	参数	条件	最小值	最大值	单位
(V_{CC(A)})	电源电压A		- 0.5	+ 4.6	V
(V_{CC(B)})	电源电压B		- 0.5	+ 6.5	V
(V_{I})	输入电压	A端口和OE输入	- 0.5	+ 6.5	V
	B端口		- 0.5	+ 6.5	V
(V_{O})	输出电压	活动模式	- 0.5	(V_{CCO} + 0.5)	V
	掉电或三态模式	A端口	- 0.5	+ 4.6	V
		B端口	- 0.5	+ 6.5	V
(I_{IK})	输入钳位电流	(V_{I} lt 0V)	- 50	-	mA
(I_{OK})	输出钳位电流	(V_{O} lt 0V)	- 50	-	mA
(I_{O})	输出电流	(V{O} = 0V) 至 (V{CCO})	-	± 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

注：最小输入和最小输出电压额定值在遵守输入和输出电流额定值的情况下可以超过。(V_{CCO}) 是与输出相关的电源电压。

7.2 推荐工作条件

为了保证NTS0304E的正常工作和性能，推荐的工作条件如下：	符号	参数	条件	最小值	最大值	单位
(V_{CC(A)})	电源电压A		0.95	3.6	V
(V_{CC(B)})	电源电压B		1.65	5.5	V
(V_{I_EN})	EN输入电压		- 0.3	(V_{CC(A)} + 0.3)	V
(T_{amb})	环境温度		- 40	+ 125	°C
(T_{J})	结温		- 40	+ 125	°C
Δt/ΔV	输入过渡上升和下降速率	A或B端口；推挽驱动		10	ns/V
	OE输入			10	ns/V

注：未使用的I/O对的A侧和B侧必须保持在相同状态，都为 (V{CC}) 或都为GND。(V{CC(A)}) 必须小于或等于 (V{CC(B)}) 。(T{J}) 限制应通过适当的热PCB设计来支持，同时考虑功耗和热阻。

7.3 热特性

不同封装形式的NTS0304E具有不同的热阻，具体如下：	符号	评级	NTS0304EPW (TSSOP14)	NTS0304EUK (WLCSP12)
(R_{θJA})	结到环境热阻	114.9	57.8
(ψ_{JT})	结到顶部热特性	1.6	0.2

7.4 静态特性

在推荐的工作条件下，NTS0304E的静态特性包括输入泄漏电流、OFF状态输出电流、输入电容等参数，具体数值可参考文档中的表8、表9和表10。

7.5 动态特性

NTS0304E的动态特性包括传播延迟、使能时间、禁用时间、输出过渡时间、脉冲宽度和数据速率等参数，这些参数在不同的电源电压和温度范围内有所不同，具体数值可参考文档中的表11和表12。

八、应用信息

8.1 架构

NTS0304E是一种“开关”型电压转换器，它使用两个关键电路来实现电压转换：

• 一个传输门晶体管（N沟道），用于连接端口。
• 一个输出边缘速率加速器，用于检测和加速I/O引脚上的上升沿。

8.2 输入驱动要求

由于NTS0304E是开关型转换器，输入驱动器的特性直接影响输出信号。外部开漏或推挽驱动器应用于I/O时，决定了系统的静态电流吸收能力。最大数据速率、高到低输出过渡时间（(t{rHL})）和传播延迟（(t{PHL})）取决于外部驱动器的输出阻抗和边缘速率。数据手册中提供的这些参数的限制假设使用输出阻抗低于50Ω的驱动器。

8.3 输出负载考虑

能够驱动的最大集总电容负载取决于单触发脉冲持续时间。在电容负载非常重的情况下，存在输出在单触发脉冲持续时间内无法达到正电源轨的风险。NTS0304E具有更长的单触发脉冲，用于驱动更大的电容负载。为了避免过度的电容负载并确保单触发的正确触发，在NTS0304E的PCB布局中应使用短的走线长度和低电容的连接器。PCB走线的长度应使任何反射的往返延迟在单触发脉冲持续时间（约50ns）内，以确保低阻抗端接并避免输出信号振荡和单触发重触发。

8.4 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可降低电磁干扰（EMI）。在 (V{OUT}) 侧的一个额外比较器电路在 (V{OUT} gt 0.65V_{OUT}) 时开始略微延迟地降低单触发驱动器电流，因此它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和振铃。

8.5 上电

在操作期间，(V{CC(A)}) 绝不能高于 (V{CC(B)}) 。然而，在上电期间，(V{CC(A)} geq V{CC(B)}) 不会损坏设备，因此可以先对任何一个电源进行上电。不需要特殊的上电顺序。NTS0304E包括在 (V{CC(A)}) 或 (V{CC(B)}) 关闭时禁用所有输出端口的电路。

8.6 使能和禁用

使用输出使能输入（OE）来禁用设备。将 (OE = LOW) 会使所有I/O进入高阻抗OFF状态。禁用时间（(t{dis}) ，无外部负载）表示OE变为低电平和输出实际禁用之间的延迟。使能时间（(t{en}) ）表示用户在OE变为高电平后必须允许单触发电路开始工作的时间。为了在上电或断电期间确保高阻抗OFF状态，应通过下拉电阻将OE引脚连接到GND。驱动器的电流源能力决定了电阻的最小值。

8.7 I/O线上的上拉或下拉电阻

A端口I/O有一个内部10kΩ上拉电阻连接到 (V{CC(A)}) ，B端口I/O有一个内部10kΩ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10kΩ电阻上并联一个外部电阻。这个上拉电阻会影响 (V_{OL}) 电平。当OE变为低电平时，NTS0304E的内部上拉将被禁用。

8.8 I/O线上的ESD保护

NTS0304E包含连接A和B I/O到各自电源的轨到轨ESD保护结构。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10kΩ上拉电阻被拉低。此外，除了A和B端口I/O上的正常HBM和CDM ESD保护特性外，B端口I/O还具有集成的ESD保护，可达到IEC 61000 - 4 - 2 Class 4系统ESD水平的8kV接触，适用于用户在现实世界中的ESD应力应用中插入相机、游戏和其他物品到其USB或视频端口的情况。

九、封装与焊接

9.1 封装

NTS