智能手机的高性能小封装逻辑电平转换方案

2009-07-04 08:53:06来源: 半导体国际 关键字:智能手机  高性能  小封装  逻辑电平

      近一两年来,在苹果公司iPhone手机的带动下,智能手机市场迅速扩大。智能手机等便携产品的一个重要特点是功能越来越多,从而支持更广泛的消费需求。但智能手机等便携产品内部用于支持不同功能集成电路(IC)或模块的工作电压往往不同,如基带处理器和应用处理器电压一般在1.5 V至1.8 V之间,而现有许多外设工作电压一般为2.6至3.3 V,如USIM卡、Wi-Fi模块、调频(FM)调谐器模块工作电压为2.8 V,而相机模块为2.7 V。

逻辑电平转换器应用示意图
图1:逻辑电平转换器应用示意图。

      因此,智能手机等便携产品中的不同IC与外设模块之间存在输入/输出电压失配问题,要使这些器件与模块之间互相通信,需要高效的逻辑电压电平转换。所谓的逻辑电平转换器即连接不同工作电压的IC与模块或印制电路板(PCB),提供系统集成解决方案。

传统逻辑电平转换方法及其优缺点

传统逻辑电平转换方法及优缺点
表1:传统逻辑电平转换方法及优缺点

      由于晶体管-晶体管逻辑(TTL)和互补金属氧化物半导体(CMOS)是逻辑电路中的标准电平,因传统逻辑电平转换方法中,TTL-CMOS输入转换很常见。这种转换方法简单,成本低,主要用于低电平至高电平转换,也能用于转换高电平至低电平。这种转换方法也存在一些缺点。其它传统逻辑电平转换方法还有过压容限(OVT)电压转换、漏极开路(OD)/有源下拉转换和分立I2C转换等,各有其优缺点,参见表1。

      双电源逻辑电平转换及应用

      逻辑电平转换中会消耗功率。例如,在低至高电平转换中,为了输出高逻辑电平,输入电压(Vin)低于VCC,电源电流变化(ΔICC)始终较高,因此功耗也较高。为了解决高功耗的问题,可以采用双电源电压(VCCA及VCCB)逻辑电平转换器,在逻辑电源电压(VL)等于Vin时,ΔICC就为0,从而降低功耗

      常见双电源逻辑电平转换包括单向转换、带方向控制引脚的双向转换、自动感测双向转换(推挽型输出)及用于漏极开路应用(如I2C)的自动感测双向转换等,结构示意图如图2所示。


 

几种双电源逻辑电平转换器的结构示意图
图2:几种双电源逻辑电平转换器的结构示意图。 

      在这些双电源逻辑电平转换方法中,单向逻辑电平转换的原理就是在输出启用(Output Enable, )为低电平时,提供A点至B点转换;而在输出启用为高电平时,A、B之间呈现高阻态(Hi-Z),通常当作电阻无穷大来处理,相当于没有接通。常见的双电源单向逻辑电平转换器有如安森美半导体的NLSV1T34AMX1TCG、NLSV2T244MUTAG、NLSV4T3234FCT1G、NLSV8T244MUTAG、NLSV22T244MUTAG等。这些双电源单向逻辑电平转换器的应用包括通用输入输出(GPIO)端口、串行外设接口(SPI)端口和通用串行总线(USB)端口等。

      带方向控制引脚的双向逻辑电平转换器的工作原理是: 引脚和方向控制(DIRection,T/ )引脚均为低电平时,提供B点至A点转换; 引脚为低电平、T/ 引脚为高电平时,提供A点至B点转换;而在 引脚为高电平时,A点至B点方向和B点至A点方向均处于高阻态,相当于没有接通。安森美半导体即将推出带方向控制引脚的双向逻辑电平转换器。这类转换器的常见应用是以字节(byte)访问的存储器及I/O器件。

      自动感测双向逻辑电平转换器(推挽型输出)的工作原理是:启用(EN)引脚为低电平时,转换器处于待机状态;EN引脚为高电平、I/O电平不变时,转换器处于稳态;EN引脚为高电平、I/O电平变化时,转换器检测到变化,并产生脉冲,I/O藉P沟道MOSFET(PMOS)上拉至更快。典型的自动感测方向双向逻辑电平转换器(推挽型输出)有如安森美半导体的NLSX3012MUTAG、NLSX3013FCT1G、NLSX3013BFCT1G、NLSX4014MUTAG和NLSX3018MUTAG等。这类转换器的常见应用包括通用异步收发器(UART)、USB端口、4线SPI端口和3线SPI端口等。

      用于漏极开路应用(如I2C)的自动感测双向逻辑电平转换器同样包含3个状态:EN引脚为高电平、NMOS导通时,处于工作状态,输入端I/O电平下拉至地,即输入低电平;EN引脚为高电平、NMOS处于高阻态时,处于工作状态,输出端I/O电平上拉至VCC,即输入高电平;EN引脚为低电平时,转换器处于待机状态。典型的用于漏极开路应用(如I2C)的自动感测双向逻辑电平转换器有如安森美半导体的NLSX4373MUTAG、NLSX4348FCT1G和NSLX4378BFCT1G等。这类转换器的常见应用包括I2C总线、用户识别模块(SIM)卡、单线(1-Wire)总

 


 

关键字:智能手机  高性能  小封装  逻辑电平

编辑:金继舒 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/manufacture/2009/0704/article_774.html
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