NTS0102 雙電源轉換收發器：特性、應用與設計要點

在電子設計領域，電壓轉換是一個常見且關鍵的問題。不同的電子設備或系統可能工作在不同的電壓水平下，為了實現它們之間的有效通信和協同工作，就需要可靠的電壓轉換解決方案。NXP 推出的 NTS0102 雙電源轉換收發器，就是這樣一款能夠滿足多種電壓轉換需求的優秀產品。今天，我們就來深入了解一下 NTS0102 的特點、應用以及在設計中需要注意的要點。

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一、NTS0102 概述

NTS0102 是一款 2 位、具有自動方向感應功能的雙電源轉換收發器，它能夠實現雙向電壓電平轉換。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 等不同電壓節點之間進行轉換。引腳 An 和 OE 參考 $V{CC(A)}$，引腳 Bn 參考 $V{CC(B)}$。當引腳 OE 為低電平時，輸出將呈現高阻抗的 OFF 狀態，同時 IOFF 電路會禁用輸出，防止設備在斷電時產生損壞性的回流電流。

二、主要特性與優勢

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 能夠適應多種不同的電源系統，為設計帶來了更大的靈活性。在實際應用中，我們可以根據具體的需求選擇合適的電源電壓，以滿足不同設備之間的電壓轉換要求。

2.2 高數據速率

推挽模式下最大數據速率可達 50 Mbit/s，這意味著它能夠快速、穩定地傳輸數據，適用于對數據傳輸速度有較高要求的應用場景，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，在不需要設備全功率運行時，可以降低功耗，提高能源利用效率，延長設備的續航時間。

2.4 高電壓輸入兼容性

輸入可接受高達 5.5 V 的電壓，這增加了它與其他高電壓設備的兼容性，減少了額外的電壓轉換電路設計。

2.5 靜電放電（ESD）保護

• 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。 強大的 ESD 保護能力可以有效防止靜電對設備造成損壞，提高設備的可靠性和穩定性。

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能夠保持穩定的工作狀態，減少閂鎖現象的發生，提高系統的安全性。

2.7 多種封裝選項

提供多種封裝形式，如 TSSOP8、XSON8 等，方便不同的應用場景和 PCB 布局需求。不同的封裝具有不同的尺寸和引腳排列，我們可以根據實際的設計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境條件下正常工作，適用于工業、汽車等對溫度要求較高的領域。

三、應用場景

NTS0102 主要適用于電壓電平轉換應用，可用于點對點應用中，實現不同電源電壓下的設備或系統之間的接口連接。具體應用場景包括：

3.1 I2C/SMBus

在 I2C 或 SMBus 通信中，不同設備可能工作在不同的電壓下，NTS0102 可以實現這些設備之間的電壓轉換，確保數據的正常傳輸。

3.2 UART

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

3.3 GPIO

在通用輸入輸出接口中，NTS0102 可以實現不同電壓的 GPIO 引腳之間的連接，提高系統的兼容性和靈活性。

四、訂購信息

同時，每個型號還有不同的訂購選項，包括可訂購的部件編號、包裝方法、最小訂購數量和工作溫度范圍等。在選擇訂購時，我們需要根據實際的設計需求和生產計劃來確定合適的型號和訂購選項。

五、功能與電氣特性

5.1 功能描述

通過功能表可以看出，當 OE 為低電平時，An 和 Bn 都呈現高阻抗狀態；當 OE 為高電平時，An 和 Bn 可以作為輸入或輸出使用，實現數據的雙向傳輸。

5.2 電氣特性

包括靜態特性和動態特性。靜態特性如輸入泄漏電流、OFF 狀態輸出電流、電源關斷泄漏電流等，這些特性反映了設備在靜態工作時的電氣性能。動態特性如傳播延遲、輸出轉換時間、脈沖寬度等，這些特性則反映了設備在動態工作時的性能表現。在設計電路時，我們需要根據這些電氣特性來選擇合適的工作條件和外部元件，以確保設備的正常工作。

六、應用設計要點

6.1 輸入驅動要求

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

6.2 輸出負載考慮

最大可驅動的集總電容負載取決于單觸發脈沖持續時間。在電容負載較重的情況下，輸出可能無法在單觸發脈沖持續時間內達到正電源軌。為了避免過度的電容負載，確保單觸發電路的正確觸發，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，為了確保低阻抗端接，避免輸出信號振蕩和單觸發電路的重新觸發，PCB 走線的長度應使得任何反射的往返延遲在單觸發脈沖持續時間（約 50 ns）內。

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）用于禁用設備。當 OE 為低電平時，所有 I/O 都將呈現高阻抗的 OFF 狀態。禁用時間（$t{dis}$）表示 OE 變為低電平到輸出實際禁用之間的延遲，使能時間（$t{en}$）表示 OE 變為高電平后，單觸發電路開始工作所需的時間。為了確保在上電或斷電過程中處于高阻抗 OFF 狀態，引腳 OE 應通過下拉電阻連接到 GND，電阻的最小值由驅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，可以在內部 10 kΩ 電阻上并聯一個外部電阻，但這會影響 $V_{OL}$ 電平。當 OE 為低電平時，NTS0102 的內部上拉電阻將被禁用。

6.6 GD 封裝與 TL 封裝

由于封裝結構的差異，TL 封裝有一個中心焊盤，而 GD 封裝沒有。在替換或新應用中，需要根據實際情況進行選擇。例如，如果 GD 封裝下方沒有走線，在替換時可以將 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 和串擾的風險。在新應用中，如果使用 TL 封裝，應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，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用，而 XSON8 封裝則更適合對尺寸有嚴格要求的應用。

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，但對于細間距的 SMD 不太適用。回流焊則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 的規格、封裝的引腳布局、焊接溫度曲線等因素，以確保焊接質量。

7.3 PCB 焊盤布局

不同封裝的 PCB 焊盤布局也有所不同。在設計 PCB 時，需要參考封裝的外形圖和數據手冊，確保焊盤的尺寸、間距和形狀與封裝相匹配。同時，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

NTS0102 是一款功能強大、性能穩定的雙電源轉換收發器，具有寬電源電壓范圍、高數據速率、良好的 ESD 保護等優點，適用于多種電壓轉換應用場景。在設計應用電路時，我們需要充分考慮其輸入驅動要求、輸出負載特性、電源上電順序、使能與禁用控制等因素，同時合理選擇封裝和焊接方法，以確保設備的正常工作和系統的穩定性。希望通過本文的介紹，能夠幫助大家更好地了解和使用 NTS0102 這款產品。大家在實際應用過程中遇到任何問題，歡迎一起交流探討。