NTS0102 雙電源轉(zhuǎn)換收發(fā)器：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電壓轉(zhuǎn)換是一個常見且關(guān)鍵的問題。不同的電子設(shè)備或系統(tǒng)可能工作在不同的電壓水平下，為了實(shí)現(xiàn)它們之間的有效通信和協(xié)同工作，就需要可靠的電壓轉(zhuǎn)換解決方案。NXP 推出的 NTS0102 雙電源轉(zhuǎn)換收發(fā)器，就是這樣一款能夠滿足多種電壓轉(zhuǎn)換需求的優(yōu)秀產(chǎn)品。今天，我們就來深入了解一下 NTS0102 的特點(diǎn)、應(yīng)用以及在設(shè)計(jì)中需要注意的要點(diǎn)。

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一、NTS0102 概述

NTS0102 是一款 2 位、具有自動方向感應(yīng)功能的雙電源轉(zhuǎn)換收發(fā)器，它能夠?qū)崿F(xiàn)雙向電壓電平轉(zhuǎn)換。該器件具有兩個 2 位輸入 - 輸出端口（An 和 Bn）、一個輸出使能輸入（OE）以及兩個電源引腳（$V{CC(A)}$ 和 $V{CC(B)}$）。$V{CC(A)}$ 可在 1.65 V 至 3.6 V 之間的任意電壓下供電，$V{CC(B)}$ 則可在 2.3 V 至 5.5 V 之間的任意電壓下供電，這使得它非常適合在 1.8 V、2.5 V、3.3 V 和 5.0 V 等不同電壓節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。引腳 An 和 OE 參考 $V{CC(A)}$，引腳 Bn 參考 $V{CC(B)}$。當(dāng)引腳 OE 為低電平時(shí)，輸出將呈現(xiàn)高阻抗的 OFF 狀態(tài)，同時(shí) IOFF 電路會禁用輸出，防止設(shè)備在斷電時(shí)產(chǎn)生損壞性的回流電流。

二、主要特性與優(yōu)勢

2.1 寬電源電壓范圍

$V{CC(A)}$ 的范圍為 1.65 V 至 3.6 V，$V{CC(B)}$ 的范圍為 2.3 V 至 5.5 V，這種寬電壓范圍使得 NTS0102 能夠適應(yīng)多種不同的電源系統(tǒng)，為設(shè)計(jì)帶來了更大的靈活性。在實(shí)際應(yīng)用中，我們可以根據(jù)具體的需求選擇合適的電源電壓，以滿足不同設(shè)備之間的電壓轉(zhuǎn)換要求。

2.2 高數(shù)據(jù)速率

推挽模式下最大數(shù)據(jù)速率可達(dá) 50 Mbit/s，這意味著它能夠快速、穩(wěn)定地傳輸數(shù)據(jù)，適用于對數(shù)據(jù)傳輸速度有較高要求的應(yīng)用場景，如高速通信接口等。

2.3 部分掉電模式

OFF 電路提供部分掉電模式操作，在不需要設(shè)備全功率運(yùn)行時(shí)，可以降低功耗，提高能源利用效率，延長設(shè)備的續(xù)航時(shí)間。

2.4 高電壓輸入兼容性

輸入可接受高達(dá) 5.5 V 的電壓，這增加了它與其他高電壓設(shè)備的兼容性，減少了額外的電壓轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)。

2.5 靜電放電（ESD）保護(hù)

• HBM JESD22 - A114E Class 2 對于 A 端口超過 2500 V。
• HBM JESD22 - A114E Class 3B 對于 B 端口超過 8000 V。
• CDM JESD22 - C101E 超過 1500 V。 強(qiáng)大的 ESD 保護(hù)能力可以有效防止靜電對設(shè)備造成損壞，提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。

2.6 閂鎖性能

閂鎖性能超過 100 mA 每 JESD 78B Class II，這意味著它在面對電氣干擾時(shí)能夠保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)，減少閂鎖現(xiàn)象的發(fā)生，提高系統(tǒng)的安全性。

2.7 多種封裝選項(xiàng)

提供多種封裝形式，如 TSSOP8、XSON8 等，方便不同的應(yīng)用場景和 PCB 布局需求。不同的封裝具有不同的尺寸和引腳排列，我們可以根據(jù)實(shí)際的設(shè)計(jì)要求選擇最合適的封裝。

2.8 寬溫度范圍

指定工作溫度范圍為 - 40 °C 至 + 85 °C 和 - 40 °C 至 + 125 °C，這使得它能夠在較為惡劣的環(huán)境條件下正常工作，適用于工業(yè)、汽車等對溫度要求較高的領(lǐng)域。

三、應(yīng)用場景

NTS0102 主要適用于電壓電平轉(zhuǎn)換應(yīng)用，可用于點(diǎn)對點(diǎn)應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)不同電源電壓下的設(shè)備或系統(tǒng)之間的接口連接。具體應(yīng)用場景包括：

3.1 I2C/SMBus

在 I2C 或 SMBus 通信中，不同設(shè)備可能工作在不同的電壓下，NTS0102 可以實(shí)現(xiàn)這些設(shè)備之間的電壓轉(zhuǎn)換，確保數(shù)據(jù)的正常傳輸。

3.2 UART

在 UART 通信中，也經(jīng)常會遇到不同電壓設(shè)備之間的連接問題，NTS0102 可以很好地解決這個問題，保證通信的穩(wěn)定性。

3.3 GPIO

在通用輸入輸出接口中，NTS0102 可以實(shí)現(xiàn)不同電壓的 GPIO 引腳之間的連接，提高系統(tǒng)的兼容性和靈活性。

四、訂購信息

同時(shí)，每個型號還有不同的訂購選項(xiàng)，包括可訂購的部件編號、包裝方法、最小訂購數(shù)量和工作溫度范圍等。在選擇訂購時(shí)，我們需要根據(jù)實(shí)際的設(shè)計(jì)需求和生產(chǎn)計(jì)劃來確定合適的型號和訂購選項(xiàng)。

五、功能與電氣特性

5.1 功能描述

通過功能表可以看出，當(dāng) OE 為低電平時(shí)，An 和 Bn 都呈現(xiàn)高阻抗?fàn)顟B(tài)；當(dāng) OE 為高電平時(shí)，An 和 Bn 可以作為輸入或輸出使用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。

5.2 電氣特性

包括靜態(tài)特性和動態(tài)特性。靜態(tài)特性如輸入泄漏電流、OFF 狀態(tài)輸出電流、電源關(guān)斷泄漏電流等，這些特性反映了設(shè)備在靜態(tài)工作時(shí)的電氣性能。動態(tài)特性如傳播延遲、輸出轉(zhuǎn)換時(shí)間、脈沖寬度等，這些特性則反映了設(shè)備在動態(tài)工作時(shí)的性能表現(xiàn)。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，我們需要根據(jù)這些電氣特性來選擇合適的工作條件和外部元件，以確保設(shè)備的正常工作。

六、應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

6.1 輸入驅(qū)動要求

由于 NTS0102 是開關(guān)型轉(zhuǎn)換器，輸入驅(qū)動器的特性會直接影響輸出信號。外部的開漏或推挽驅(qū)動器會決定系統(tǒng)的靜態(tài)電流吸收能力，最大數(shù)據(jù)速率、高 - 低輸出轉(zhuǎn)換時(shí)間和傳播延遲也取決于外部驅(qū)動器的輸出阻抗和邊沿速率。因此，在選擇外部驅(qū)動器時(shí)，我們需要確保其輸出阻抗低于 50 Ω，以滿足數(shù)據(jù)手冊中對這些參數(shù)的要求。

6.2 輸出負(fù)載考慮

最大可驅(qū)動的集總電容負(fù)載取決于單觸發(fā)脈沖持續(xù)時(shí)間。在電容負(fù)載較重的情況下，輸出可能無法在單觸發(fā)脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)達(dá)到正電源軌。為了避免過度的電容負(fù)載，確保單觸發(fā)電路的正確觸發(fā)，建議在 PCB 布局中使用短的走線長度和低電容的連接器。同時(shí)，為了確保低阻抗端接，避免輸出信號振蕩和單觸發(fā)電路的重新觸發(fā)，PCB 走線的長度應(yīng)使得任何反射的往返延遲在單觸發(fā)脈沖持續(xù)時(shí)間（約 50 ns）內(nèi)。

6.3 電源上電

在操作過程中，$V{CC(A)}$ 絕不能高于 $V{CC(B)}$，但在上電過程中，$V{CC(A)} ≥ V{CC(B)}$ 不會損壞設(shè)備，因此兩個電源可以先任意一個上電，無需特殊的上電順序。

6.4 使能與禁用

輸出使能輸入（OE）用于禁用設(shè)備。當(dāng) OE 為低電平時(shí)，所有 I/O 都將呈現(xiàn)高阻抗的 OFF 狀態(tài)。禁用時(shí)間（$t{dis}$）表示 OE 變?yōu)榈碗娖降捷敵鰧?shí)際禁用之間的延遲，使能時(shí)間（$t{en}$）表示 OE 變?yōu)楦唠娖胶?，單觸發(fā)電路開始工作所需的時(shí)間。為了確保在上電或斷電過程中處于高阻抗 OFF 狀態(tài)，引腳 OE 應(yīng)通過下拉電阻連接到 GND，電阻的最小值由驅(qū)動器的電流源能力決定。

6.5 上拉或下拉電阻

每個 A 端口 I/O 都有一個內(nèi)部 10 kΩ 的上拉電阻連接到 $V{CC(A)}$，每個 B 端口 I/O 都有一個內(nèi)部 10 kΩ 的上拉電阻連接到 $V{CC(B)}$。如果需要更小的上拉電阻值，可以在內(nèi)部 10 kΩ 電阻上并聯(lián)一個外部電阻，但這會影響 $V_{OL}$ 電平。當(dāng) OE 為低電平時(shí)，NTS0102 的內(nèi)部上拉電阻將被禁用。

6.6 GD 封裝與 TL 封裝

由于封裝結(jié)構(gòu)的差異，TL 封裝有一個中心焊盤，而 GD 封裝沒有。在替換或新應(yīng)用中，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。例如，如果 GD 封裝下方?jīng)]有走線，在替換時(shí)可以將 TL 封裝直接放置在相同的 PCB 走線上；如果有走線，則需要評估 EMI 和串?dāng)_的風(fēng)險(xiǎn)。在新應(yīng)用中，如果使用 TL 封裝，應(yīng)避免在封裝下方布線。

七、封裝與焊接

7.1 封裝概述

NTS0102 提供多種封裝形式，每種封裝都有其特定的尺寸和引腳排列。在選擇封裝時(shí)，需要考慮 PCB 的布局空間、散熱要求、引腳間距等因素。例如，TSSOP8 封裝適用于對空間要求不高的應(yīng)用，而 XSON8 封裝則更適合對尺寸有嚴(yán)格要求的應(yīng)用。

7.2 焊接方法

焊接是將封裝連接到 PCB 上的常見方法，主要有波峰焊和回流焊兩種。波峰焊適用于通孔元件和一些表面貼裝器件，但對于細(xì)間距的 SMD 不太適用?；亓骱竸t適用于小間距和高密度的封裝，是目前較為常用的焊接方法。在焊接過程中，需要注意 PCB 的規(guī)格、封裝的引腳布局、焊接溫度曲線等因素，以確保焊接質(zhì)量。

7.3 PCB 焊盤布局

不同封裝的 PCB 焊盤布局也有所不同。在設(shè)計(jì) PCB 時(shí)，需要參考封裝的外形圖和數(shù)據(jù)手冊，確保焊盤的尺寸、間距和形狀與封裝相匹配。同時(shí)，還需要考慮焊接工藝的要求，如焊膏的印刷、元件的放置等。

八、總結(jié)

NTS0102 是一款功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定的雙電源轉(zhuǎn)換收發(fā)器，具有寬電源電壓范圍、高數(shù)據(jù)速率、良好的 ESD 保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，適用于多種電壓轉(zhuǎn)換應(yīng)用場景。在設(shè)計(jì)應(yīng)用電路時(shí)，我們需要充分考慮其輸入驅(qū)動要求、輸出負(fù)載特性、電源上電順序、使能與禁用控制等因素，同時(shí)合理選擇封裝和焊接方法，以確保設(shè)備的正常工作和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。希望通過本文的介紹，能夠幫助大家更好地了解和使用 NTS0102 這款產(chǎn)品。大家在實(shí)際應(yīng)用過程中遇到任何問題，歡迎一起交流探討。