工業、通信、企業、個人電子產品和汽車等市場領域的電子系統設計都變得更加智能、更節能、更互聯。電子系統的這些市場趨勢正在促使系統設計人員采用微處理器、FPGA 和應用專用處理器 (ASSP) 方面的新型處理技術，這些技術具有更多功能并能更低的功率級別運行。我們正在使用非常小的硅工藝幾何尺寸開發新的處理器技術，從而使處理器內核電壓遠低于傳感器、光收發器和 HMI 模塊等外設器件上常見的傳統電壓電平。選擇系統中的所有器件以相同的 I/O 電壓運行實際上是不可能的，尤其是對于較大的系統而言。在過去 20 年中，采用與存儲器器件相同的硅工藝尺寸后，處理器技術的內核電壓電平顯著降低。如下圖 1 所示，存儲器已從 3.3V Vdd（當時 SDR（單數據速率）是出色的存儲器接口標準）轉變為大約 1V Vdd 電平（使用當今的 DDR4（雙倍數據速率）和 DDR5 存儲器接口）。高度集成的處理器和存儲器器件向低于常見電壓軌（例如 3.3V 和 1.8V）的內核電壓遷移，這也導致了這些器件可支持的 I/O 電壓向下擴展。新型低功耗處理器、ASSP 和 FPGA 器件可支持的 I/O 電壓降低，使系統設計人員面臨設計挑戰，因為他們嘗試將這些處理器與需要在更高 I/O 電壓電平下運行的外設進行互連。系統設計人員需要根據與 I/O 電壓無關的參數（例如數據速率、靈敏度和驅動強度等）選擇外設。低功耗處理器和外設之間的 I/O 電平不匹配通常是由接口類型和信號標準太多導致的。I²C、SPI、MDIO、RGMII、SMBus、I²S、GPIO 等接口和許多其他接口通常需要在處理器和外圍器件之間進行電平轉換。系統設計人員正在轉向集成電平轉換器的 IC 器件，從而以簡單、高效且具有成本效益的方式解決其設計中器件之間的 I/O 電平不匹配問題，而不必犧牲系統性能。請參閱下圖 1，了解可能需要基于系統處理器 I/O 配置方式進行電平轉換的常見系統外設。電平轉換器件具有多種電壓電平范圍、通道配置和 I/O 類型。德州儀器 (TI) 提供了大量的電平轉換解決方案產品系列，這些解決方案能夠滿足大多數處理器到外設互連的電平轉換需求。德州儀器 (TI) 電平轉換產品系列包括方向控制、自動雙向、固定方向和應用特定的電平轉換器件，支持推挽和開漏 I/O 類型。選擇與處理器或 FPGA 配合使用的電平轉換器件將取決于可用的 I/O 資源、使用的控制接口以及在 FPGA 或處理器中配置的 I/O 類型等因素。系統設計人員在選擇電平轉換器器件時的主要考慮因素包括需要轉換的電壓電平、需要轉換的位數或通道數、所需的電流驅動、數據速率和方向性。對于 SPI、UART 和 JTAG 等常見接口類型，TI SN74AXC、SN74LXC、TXU 和 TXB 系列的推挽式電平轉換器件可以提供易于實施的解決方案，并采用業界通用封裝。對于 I²C、SMBus 和 MDIO 等開漏接口，TI 的 TXS 和 LSF 電平轉換系列提供了具有成本效益的解決方案，這些解決方案采用各種通道數和業界通用封裝類型。有關常用接口類型的推薦電平轉換器件列表，請參閱表 1。更多有關 TI 所有電平轉換解決方案的信息，請訪問 TI 的電平轉換登錄頁面。

圖 1-1 DDR 存儲器電壓隨時間變化的趨勢

圖 1-2 需要電平轉換的潛在系統外設和子系統

表 1-1 按接口推薦的轉換器

	轉換電平
接口	最高 3.6V	最高 5.5V
FET 更換	2N7001T	SN74LXC1T45 / TXU0101
1 位 GPIO/時鐘信號	SN74AXC1T45	SN74LXC1T45 / TXU0101
2 位 GPIO	SN74AXC2T245	SN74LXC2T45 / TXU0102
2 引腳 JTAG/UART	SN74AXC2T45	SN74LXC2T45 / TXU0202
I2C/MDIO/SMBus	TXS0102 / LSF0102	TXS0102 / LSF0102
IC-USB	SN74AVC2T872 / TXS0202	不適用
4 位 GPIO	SN74AXC4T245	TXB0104 / TXU0104
UART	SN74AXC4T245	TXB0104 / TXU0204
SPI	SN74AXC4T774 / TXB0104	TXB0104 / TXU0304
JTAG	SN74AXC4T774 / TXB0104	TXB0104 / TXU0304
I2S/PCM	SN74AXC4T774 / TXB0104	TXB0104 / TXU0204
四通道 SPI	TXB0106	TXB0106
SDIO/SD/MMC	TXS0206 / TWL1200	不適用
8 位 GPIO/RGMII	SN74AXC8T245	SN74LXC8T245