隨著人們對降低功耗需求的不斷增加,現今許多系統級設計朝著電源電壓不斷降低的趨勢發展。隨著處理器電壓電平的降低,外設仍然保持較高的電壓電平,因此會在系統中產生不連續的電壓電平。一種解決該問題的方案是使用電壓轉換器,將信號電壓電平升壓或降壓至另一個電平。它們非常適合用于簡單的 GPIO 應用以及常見的推挽接口,如 SPI、UART、JTA。本文將討論業界通用接口以及常見的終端設備應用,重點介紹江蘇潤石現有RS020x和RSxTx45系列產品在這些接口上的應用。

一、RS020x系列產品介紹：

RS020x系列器件屬于江蘇潤石的自動雙向電平轉換器系列。這一系列電壓轉換器提供1、2、4、8這四種通道數和兩個單獨的可配置電源軌,對輸入信號進行升壓或降壓轉換。根據設計,RS020x轉換器適用于A端1.2-3.6V向B端1.65-5.5V轉換,或者將B端電壓往A端電壓進行降壓轉換。這些器件較高支持100Mbps的傳輸數據速率（詳情請參考本站內規格書）。VCC 隔離、IOFF 功能以及具有 5kV HBM（人體放電模型）的內置 ESD（靜電放電）保護功能。

二、RSxTx45系列產品介紹：

RSxTx45系列器件屬于江蘇潤石的方向調控型電平轉換器系列。這些電壓轉換器使用兩個單獨的可配置電源軌,對輸入信號進行升壓或降壓轉換。根據設計,RSxTx45系列轉換器適用于1.65V至5.5V的VCC 范圍。該系列同樣給使用者提供1、2、4、8四種不同通道數。這些器件支持高達200Mbps 的數據速率,同時提供 32mA 的驅動強度。VCC 隔離、IOFF 功能以及具有 3kV HBM（人體放電模型）內置 ESD（靜電放電）保護功能。

三、常見接口和使用RS020x/RSxTx45系列實現：

1、通用輸入輸出口（GPIO）：

所有微處理器都具有用于與外設進行通信的通用輸入輸出 (GPIO) 端口。然而,內核和外設芯片可能在不同的電壓電平下工作,這就是系統需要電平轉換器的原因。如果所需的信號沒有轉入微處理器的工作電壓,就會影響通信的可靠性。RS1T45可作為I/O電路的一部分來實現,尤其是在單通道信號（例如調控輸入）中。RS1T45為電壓轉換 I/O 引腳提供了解決方案。

2、串行外設接口 (SPI)：

串行外設接口 (SPI) 可提供處理器與外設之間的同步通信。SPI 是一種“調控器-外設”架構的四線制通信接口, 其中三條線路由調控器（通常是處理器）驅動,一條線路由外設（通常是外設）驅動。

調控器驅動的靠前條信號線路是CLK,這是時鐘信號。對于每個時鐘脈沖,調控器可向外設發送或從外設接收一個位。數據速率通常為10Mbps,但可根據需要在系統中進行擴展。SPI是全雙工協議,因此需要兩條數據線路：COPI和CIPO。COPI*調控器輸出外設輸入,由調控器驅動向外設發送數據。CIPO *調控器輸入外設輸出,由外設驅動向調控器發送數據。后面一條線路是 CS,這是外設選擇信號。CS 線路由調控器驅動為低電平以選擇外設進行通信。一個系統中可能存在多個外設,這可確保與所需的外設進行通信,防止可能出現的系統級總線爭用。SPI 常用于：

1、調控信號。 2、傳感器。 3、存儲器。 4、LCD 顯示屏。 5、SD 卡。

當信號電平相同時,可使用SPI協議進行器件之間的連接。在電壓不匹配的情況下,建議使用電平轉換器。RS020x系列是轉換SPI中使用的所有四條線路的理想解決方案。RS0204的好處是可自動識別每個通道信號傳輸的個方向。因此該器件在SPI中非常有用,因為 SPI 中的一條線路與其他三條線路以相反的方向運行。此外,RS020x系列較高可支持 100Mbps,遠高于通常的SPI數據速率。SPI接口可容納在同一調控器下運行的多個單獨外設,因此電壓轉換器的位置是一項重要的設計考量因素。如果總線在另一個不同的電壓節點上有多個外設,建議在每個外設之前放置一個信號電平轉換器,而不是只是在調控器之后使用一個電平轉換器。

3、UART：

通用異步接受器/發送器 (UART) 作為一種硬件器件,可支持雙信號或四信號異步全雙工通信接口。UART 負責將并行數據轉換為串行數據來進行發送,或反向轉換來進行接收。在雙信號 UART 接口中,兩個信號是主機發送(TX) 信號和主機接收 (RX) 信號。四信號接口包括 RX 信號和 TX 信號,還有用于握手的請求發送 (RTS) 和允許發送 (CTS) 信號。數據幀包含低電平起始位、數據位、可選奇偶校驗位和停止位。雖然 UART 會處理數據成幀、生成和接收數據,但不會定義器件之間的通用信令方法。UART 輸出是器件工作電壓下的信號,例如2.5V。這些信號可在工作電壓電平相同的兩個 UART 之間的短距離內使用。常規情況并非如此,因此通常會將來自 UART 的信號發送到線路驅動器,將信號轉換為RS-232或RS-485等標準。這些標準允許通過定義的信號特性進行更遠距離的通信。RS-232 使用–12V至12V的電壓范圍來改善線路上的噪聲容限。RS-485使用差分對來發送信號。RS-485和RS-232 標準都使用 UART 數據成幀,但需要一個收發器來反轉和轉換 UART 信號。UART 是異步的,因此沒有時鐘信號。相反,在 UART 中,兩個通信器件都必須配置為使用波特率,相當于每秒位數 (bps)。UART 通常被認為是速度在 300bps 到 115kbps 之間的低速接口。

若要在不同電壓電平下運行的兩個器件之間使用 UART,需要一個電壓轉換器。根據系統配置,可使用RS1T45或RS4T245電壓轉換器。

另一種常見的UART配置是運行兩個單獨的 UART。若要在此配置中實現轉換,可使用RS4T245。相關設置與四線制UART相同,兩個方向引腳都被拉到VCCA。在此配置中,兩條TX線路將在同一方向上運行,與兩條RX線路的方向相反。

4、JTAG聯合測試行動組：

聯合測試行動組 (JTAG) 開發了同名的硬件接口 (JTAG),用于對嵌入式設計進行調試、測試、驗證和編程。JTAG 在運行過程中通常使用五個線路：TCK、TMS、TDI、TDO 和 TRST,如表4所示。測試時鐘 (TCK) 提供數據輸入和輸出的時序。測試模式選擇 (TMS) 允許用戶選擇將要測試的內容。測試數據輸入 (TDI) 將要測試的數據輸入到被測器件,產生的結果在測試數據輸出 (TDO) 上輸出。后面一個信號是測試復位 (TEST),作為一個可選信號,它能夠將 JTAG 復位到后面一次已知的良好狀態。

JTAG 與 SPI 類似,因此電壓轉換器的配置也類似。主要區別在于 JTAG 有四條線路在一個方向上運行,而另一條線路在相反方向上運行。要在低電壓FPGA或處理器與JTAG探頭之間啟用JTAG接口,建議使用RS0204,并采用如圖6所示的配置。或者,對于五線制JTAG接口,可使用一個用于TCK、TMS、TDI和TRST信號線路的RS4T245和一個用于在另一個方向上運行的 TDO 線路的RS1T45。

四、總結：

江蘇潤石適用于不同接口的電平轉換器（另見附表）

五、江蘇潤石電平轉換器替*（另見附表）