01

背景概述

如今整個電路系統，性能要求越來越高，功耗要求越來越低，其設計也越來越復雜，在目前復雜系統設計中會存在各個元器件之間的工作電壓不一致的情況;

例如：當主控SOC的通訊接口電壓電平為3.3V時，而另一個外設的通訊接口電壓電平要求為1.8V時，這個時候就會出現電路系統內部元器件之間電壓不匹配的情況（如圖1所示）。

為了讓整個電路系統中的各種器件能夠正常通訊使用，這個時候就需要使用對應的電壓電平轉換芯片。

圖1， 電平匹配示意圖

02

雙向電平轉換工作原理

在實際應用中，存在發送端和接收端會互換的情況，如IIC、MDIO、SPI等需要雙向通信的情況下，就需要使用雙向電平轉換芯片。其工作原理如下：

如果輸出為左邊。當左側輸入高電平H(輸入電壓為VCCA)時，由于VGS<閾值，所以MOSFET截至，右側輸出電壓為VCCB），如圖2-A所示；當左側D0輸入低電平L（0V）時，由于VGS?= VCCA?> 閾值，所以MOSFET導通，右側輸出電壓為低電平0V如圖2-B所示。

當右側輸入高電平H時，由于左側初始為高電平VCCA，VGS= 0<閾值，MOSFET截至，如圖3-A所示；右側輸入L的時候，原本VS=VG?= VCCA，VGS?= 0，MOSFET截至，但是由于場效應管有一個寄生二極管，它會將左側輸出下拉至一個二極管的導通電壓，此電壓在0.3V到0.7V之間，所以這里我們可以認為左側輸出為低電平。此時若VCCA為3.3V，那么VGS（3.3V-0.7V=2.6V）大于場效應管的柵極閾值電壓而使MOSFET導通，導通后右側輸入和左側輸出為同一電壓接近0V，如圖3-B所示。

圖2-A & 2-B

圖3-A & 3-B

03

谷泰微雙向電平轉換芯片工作原理

谷泰雙向自動方向檢測電壓轉換器，可以與漏極開路以及推挽式驅動配合，最大速率可到24Mbps(推挽，開漏2Mbps最高速率)。其工作原理如前面第2部分介紹的原理類似，用N通道MOSFET的導通和截止A端口和B端口之間的連接。當連接到A或B端口的驅動器為低電平時，對應端便會被MOSFET N2拉低（如圖4所示）。

圖4 谷泰微雙向電平轉換芯片框圖

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谷泰微雙向電平轉換器產品介紹

谷泰微電平轉換器系列，支持1~8路，主要用于UART、I2C、SMBus、GPIO等通信接口，自動識別方向，兼容推挽輸出架構和開漏輸出架構，其主要特點如下：

● 無需數據方向控制；
●推挽架構(Push-Pull）支持24Mbps數據速率，開漏架構(Open-Drain)支持2Mbps數據速率；
●A側支持1.65V~3.6V，B側支持2.3V~5.5V；
● A、B側電源互相隔離；
● 無上電時序要求；
● 支持-40°C~+85°C。

需要注意VCCA的供電電壓不能大于VCCB，即A側接到低電壓系統，B側接到高電壓系統。

典型應用圖

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谷泰微電平轉換器產品列表

審核編輯：劉清