ZHCAEI4 September 2024 PCA9306 , TCA39306 , TCA9548A

2 TCA39306 電平轉(zhuǎn)換示例

圖 2-1 是一種在 I²C 控制器和 I²C 目標(biāo)器件之間使用 TCA39306 I3C 電平轉(zhuǎn)換器的電壓轉(zhuǎn)換應(yīng)用。TCA39306 是無(wú)源器件，向后兼容 I²C。

圖 2-1 使用 TCA39306 電平轉(zhuǎn)換器的電壓轉(zhuǎn)換示例

該示例的電氣設(shè)置如下：

R_PU = 10kΩ

V_CC1 = 3.3V

V_CC2 = 5.0V

TCA39306 設(shè)置為電平轉(zhuǎn)換模式。TCA39306 EN 和 V_REF2 引腳已短接在一起（EN 和 V_REF2 引腳連接表示為 EN+REF2）。這實(shí)際上會(huì)形成一個(gè)類(lèi)似二極管的結(jié)構(gòu)，將 V_EN+REF2 電壓設(shè)置為：

方程式 1.

V_{E N + R E F 2} = 3 . 3V + V_{T H}

其中，V_TH 是室溫下大約 0.6V 的 passFET 閾值電壓。在電平轉(zhuǎn)換器中，將 SCL1 連接到 SCL2 并將 SDA1 連接到 SDA2 的每個(gè) FET 的柵極會(huì)偏置到該 V_EN+REF2 電壓。因此，每個(gè) passFET 柵極電壓會(huì)調(diào)整為：

方程式 2.

V_{G A T E} = 3 . 3V + V_{T H}

源極電壓是上拉電阻器連接引起的電源電壓，V_SOURCE = 3.3V。

方程式 3.

V_{G S} = 3 . 3V + V_{T H} - 3.3 V = V_{T H}

由于 V_GS = V_TH，passFET 位于截止區(qū)域的邊緣。當(dāng)控制器拉至 V_OL = 0.4V 的邏輯低電平時(shí)，源極電壓等于開(kāi)漏驅(qū)動(dòng)器的 V_OL。V_SOURCE = V_OL = 0.4V。因此，柵源電壓變?yōu)椋?/p>

方程式 4.

V_{G S} = V_{G A T E} - V_{S O U R C E} = 3 . 9V - 0 . 4V = 3 . 5V > V_{T H} = 0 . 6V

passFET 充當(dāng)線(xiàn)性工作區(qū)域中的開(kāi)關(guān)，并且由于 3.5V 遠(yuǎn)高于閾值電壓，因此會(huì)強(qiáng)導(dǎo)通。電流從兩個(gè)電源軌 V_CC1 和 V_CC2 流經(jīng)上拉電阻器，再經(jīng)由控制器的開(kāi)漏驅(qū)動(dòng)器流向 GND，如圖 2-2 所示。

圖 2-2 控制器將 SDA 拉至低電平

當(dāng)控制器釋放總線(xiàn)時(shí)，SDA 通過(guò)上拉電阻器上升回 V_CC1。V_GS 會(huì)降低，并且 passFET 進(jìn)入類(lèi)似于高阻抗?fàn)顟B(tài)的截止區(qū)域。由于 passFET 漏極和源極端子是可互換的，因此目標(biāo)器件可以將 SDA 總線(xiàn)拉低。在圖 2-3 中，目標(biāo)器件將 SDA 拉至低電平 (V_OL = 0.4V)。一旦 V_GS 超過(guò) V_TH = 0.6V，內(nèi)部 passFET 就會(huì)導(dǎo)通，電流會(huì)從兩個(gè)電源通過(guò)開(kāi)漏驅(qū)動(dòng)器流向 GND，類(lèi)似于控制器在第一個(gè)示例中被拉低的情況。

圖 2-3 目標(biāo)器件將 SDA 拉至低電平

passFET 的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)無(wú)縫雙向電平轉(zhuǎn)換。TCA39306 可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電源軌之間的 I2C 電平轉(zhuǎn)換。在邏輯低電平狀態(tài)下，控制器和目標(biāo)器件都會(huì)檢測(cè)到 V_OL = 0.4V。在邏輯高電平狀態(tài)下，由于 passFET 在 TCA39306 內(nèi)部產(chǎn)生分離，控制器會(huì)檢測(cè)到 3.3V 電壓，而目標(biāo)器件會(huì)檢測(cè)到 5.0V 電壓。