Перейти к содержанию

TXB0104 — четырёхканальный двунаправленный преобразователь уровней TI

TXB0104 — четырёхканальный преобразователь логических уровней без вывода направления, рассчитанный на двухтактные выходы: SPI, UART, сигналы управления. Разбираем по даташиту TI выводы, питание обеих сторон, вывод OE, устройство канала с последовательным резистором 4 кОм и одновибраторами, требования к драйверу и нагрузке, а также чем он отличается от TXS0108E и почему его нельзя ставить на I²C.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

TXB0104 (Texas Instruments) — четырёхканальный неинвертирующий преобразователь логических уровней с двумя шинами питания: выводы A1–A4 работают на уровнях VCCA, выводы B1–B4 — на уровнях VCCB. Вывода направления нет: каждый канал — это пара буферов навстречу друг другу со слабыми выходами и ускорителями фронтов, поэтому направление задаёт та сторона, которая сильнее тянет линию. В отличие от TXS0108E, это буферная, а не ключевая схема, и рассчитана она на двухтактные выходы: SPI, UART, сигналы выбора и сброса. Обзор других способов согласования — в схеме «Преобразователь уровней» и статье «Логические уровни».

Коротко

  • Питание — VCCA 1,2–3,6 В, VCCB 1,65–5,5 В, всегда VCCA ≤ VCCB.
  • Пороги — единица от 0,65 · VCCI, ноль до 0,35 · VCCI; у OE — относительно VCCA.
  • Скорость — до 100 Мбит/с при VCCA 2,5–3,3 В, задержка 0,8–4,9 нс при VCCA = 3,3 В.
  • Нагрузка — драйвер не слабее ±2 мА, ёмкость линии до 70 пФ, внешние резисторы только больше 50 кОм.
  • Ток покоя — до 5 мкА по каждой шине, до 10 мкА суммарно; защита ±15 кВ HBM на стороне B.
  • Корпуса — SOIC-14, TSSOP-14, SOT-14, VQFN-14, WQFN-14, UQFN-12 и три BGA-корпуса; −40…+85 °C.

Выводы

TXB0104, вид сверху: 1 VCCA, 2 A1, 3 A2, 4 A3, 5 A4, 6 NC, 7 GND, 8 OE, 9 NC, 10 B4, 11 B3, 12 B2, 13 B1, 14 VCCBTXB01041VCCA2A13A24A35A46NC7GND8OE9NC10B411B312B213B114VCCBвид сверху
TXB0104 в корпусах SOIC-14 (D), TSSOP-14 (PW) и SOT-14 (DYY), вид сверху; у VQFN-14 (RGY) и WQFN-14 (BQA) номера выводов те же
Вывод D, PW, DYY, RGY, BQAВывод RUTОбозначениеНазначение
11VCCAпитание стороны A, 1,2–3,6 В
2, 3, 4, 52, 3, 4, 5A1, A2, A3, A4каналы 1–4, сторона VCCA
6, 9—NCне подключены внутри
76GNDобщий провод
812OEразрешение: ноль — все линии в высокоимпедансном состоянии; уровни относительно VCCA
13, 12, 11, 1010, 9, 8, 7B1, B2, B3, B4каналы 1–4, сторона VCCB
1411VCCBпитание стороны B, 1,65–5,5 В
площадка (RGY, BQA)——соединяют с землёй или оставляют свободной

Канал n — это пара An и Bn: в корпусе SOIC-14 вывод A1 (2) стоит напротив B1 (13). Если канал не используется, TI требует держать оба его вывода в одном состоянии — оба на VCCI или оба на земле (примечание к разд. 5.3). Нумерация BGA-корпусов — в табл. 4-2 и 4-3 даташита.

Параметры

ПараметрМин.Тип.Макс.Условия
VCCA1,2 В—3,6 ВVCCA ≤ VCCB; предел 4,6 В
VCCB1,65 В—5,5 Впредел 6,5 В
Единица на входе данных0,65 · VCCI—VCCI—
Ноль на входе данных0—0,35 · VCCI—
Единица / ноль на OE0,65 · VCCA / 0—5,5 В / 0,35 · VCCA—
Скорость фронта на входе——40 нс/Всторона B при VCCB 4,5–5,5 В — 30 нс/В
Выход A: единица / нольVCCA − 0,4 В / ——— / 0,4 В±20 мкА, VCCA 1,4–3,6 В, −40…+85 °C
Выход B: единица / нольVCCB − 0,4 В / ——— / 0,4 В±20 мкА, −40…+85 °C
ICCA / ICCB——5 / 5 мкАVI = VCCI или GND, IO = 0, VCCA 1,4–3,6 В
ICCA + ICCB——10 мкАто же
Утечка при отключённом питании или OE = 0——±1 / ±2 мкА25 °C / −40…+85 °C
Ёмкость вывода A / B—5 / 11 пФ6 / 14 пФ—
Задержка A → B0,8 нс—4 нсVCCA = 3,3 В, VCCB = 5 В
Задержка B → A0,9 нс—3,8 нсто же
Включение по OE——1 мксVCCA = 3,3 В
Перекос между каналами——0,5 нсVCCA = 3,3 В

Скорость (разд. 5.7–5.11): 20 Мбит/с типично при VCCA = 1,2 В, 40 Мбит/с при 1,5 В, 60 Мбит/с при 1,8 В и 100 Мбит/с при VCCA 2,5 и 3,3 В; минимальная длительность импульса — 50, 25, 17 и 10 нс соответственно. Предельные режимы: ток через вывод данных ±50 мА, ток по VCCA, VCCB и GND ±100 мА. Тепловое сопротивление кристалл — среда — 90,7 °C/Вт у SOIC-14, 121 °C/Вт у TSSOP-14, 52,8 °C/Вт у VQFN-14 (RGY).

Как устроен канал и откуда ограничения

Каждое направление канала — буфер, выход которого подключён к линии через резистор 4 кОм (рис. 7-1). В статике он держит уровень слабо, чтобы его мог перебить внешний драйвер, когда сигнал пойдёт навстречу. Одновибраторы, заметив фронт, примерно на 10 нс открывают сильные транзисторы T1–T4 — выходное сопротивление на время фронта 70 Ом при VCCO 1,2–1,8 В, 50 Ом при 1,8–3,3 В и 40 Ом при 3,3–5 В (разд. 7.3.1). Отсюда правила (разд. 7.3.2–7.3.5):

  • Драйвер не слабее ±2 мА. Источник сигнала должен перебить слабый выход TXB0104 с противоположной стороны; выход через резистор в 1–10 кОм с этим может не справиться.
  • Без внешних резисторов меньше 50 кОм. TI приводит формулы: VOH = VCCx · RPD / (RPD + 4,5 кОм) и VOL = VCCx · 4,5 кОм / (RPU + 4,5 кОм), где 4,5 кОм учитывает разброс внутреннего резистора. Наш расчёт: подтяжка 4,7 кОм к 5 В даёт ноль 5 · 4,5 / (4,7 + 4,5) ≈ 2,4 В — выше порога 0,35 · 5 = 1,75 В; подтяжка 50 кОм — уже 0,41 В. Резистор 10 кОм к земле на стороне B при 5 В даёт единицу 5 · 10 / (10 + 4,5) ≈ 3,45 В — запас над порогом 3,25 В всего 0,2 В.
  • Ёмкость до 70 пФ и короткие дорожки. Одновибратор работает около 10 нс: длинный провод он не успевает перезарядить, а отражение, вернувшееся позже, может перезапустить его. TI называет последствия — колебания на линии и конфликт драйверов (разд. 7.3.3).
  • Не для открытого стока. Из тех же соображений TXB0104 нельзя ставить на I²C и 1-Wire: разд. 7.3.5 и 8.1 отправляют такие применения к серии TXS01xx.

TXB0104 и TXS0108E

ПараметрTXB0104TXS0108E
Каналов48
VCCA / VCCB1,2–3,6 / 1,65–5,5 В1,4–3,6 / 1,65–5,5 В
Устройство каналабуферы с резистором 4 кОм, без подтяжекключ-транзистор, подтяжки 4 и 40 кОм на обеих сторонах
Одновибратороколо 10 нсоколо 30 нс
Ноль на входедо 0,35 · VCCIдо 0,15 В
Двухтактные линиидо 100 Мбит/сдо 110 Мбит/с (с. 1 SCES642L)
Открытый сток, I²Cзапрещенодо 1,2 Мбит/с, основное назначение
Внешние резисторы на линияхтолько больше 50 кОмдопустимы, но с ограничениями

Наш вывод: для SPI и UART между 3,3 и 5 В удобнее TXB0104 — порог нуля у него привязан к питанию, а не равен 0,15 В, и нет внутренних подтяжек, которые делят напряжение с нагрузкой. Для I²C и других линий с подтяжками — TXS0108E или MOSFET-преобразователь; сама TI в разд. 8.1 даташита TXS0108E пишет, что для двухтактных линий TXB0104 может оказаться лучшим вариантом.

Расхождения в документации

  • Ток покоя. В свойствах на с. 1 указано «5 μA maximum ICC», а в таблицах разд. 5.5 и 5.6 до 5 мкА допускается по каждой шине отдельно и до 10 мкА суммарно.
  • Время отключения. Для корпусов BQA и DYY таблица 5.20 даёт время отключения по OE 137–183 нс при VCCB = 3,3 В, а для остальных корпусов таблица 5.21 — 3,8–16 нс; при этом задержки и фронты в обеих таблицах совпадают. Наш вывод: при выборе корпуса SOT-14 или WQFN-14 закладывать сотни наносекунд.
  • Максимальная скорость в таблицах переключательных характеристик (разд. 5.20, 5.21) стоит в столбце «мин.» — 100 Мбит/с, тогда как в требованиях к временам (разд. 5.11) это максимум.
  • Резистор 4 и 4,5 кОм. Архитектура (рис. 7-1, 7-2) показывает 4 кОм, формулы разд. 8.2 используют 4,5 кОм; TI объясняет это учётом разброса.

Частые вопросы

Можно ли использовать TXB0104 для I²C?

Нет. TI прямо запрещает ставить TXB0104 на линии, где драйвер с открытым стоком, — I²C и 1-Wire, и советует для них серию TXS01xx. Причина в устройстве канала: выход держит уровень через последовательный резистор 4 кОм, а подтяжка I²C 4,7 кОм к 5 В вместе с ним даёт ноль около 2,4 В (наш расчёт по формуле из разд. 8.2), что не распознаётся как ноль. Для I²C подходят TXS0108E или двухтранзисторный преобразователь на MOSFET.

Можно ли поменять местами стороны A и B?

Нет. Сторона A рассчитана на VCCA от 1,2 до 3,6 В, сторона B — на VCCB от 1,65 до 5,5 В, и всегда должно выполняться VCCA ≤ VCCB. Для пары 3,3 и 5 В микроконтроллер на 3,3 В подключают к A1–A4 и VCCA, а 5-вольтовое устройство — к B1–B4 и VCCB.

Зачем нужен вывод OE и куда его подключать?

Ноль на OE переводит все восемь линий в высокоимпедансное состояние. Порог OE привязан к VCCA: единица — от 0,65 · VCCA, ноль — до 0,35 · VCCA. Чтобы выходы были отключены при подаче и снятии питания, TI требует притянуть OE к земле резистором; после перевода OE в единицу нужно выждать время включения до 1 мкс при VCCA = 3,3 В.

Какую скорость выдерживает TXB0104?

По таблицам требований к временам — 20 Мбит/с типично при VCCA = 1,2 В, 40 Мбит/с при 1,5 В, 60 Мбит/с при 1,8 В и 100 Мбит/с при VCCA 2,5 и 3,3 В, с длительностью импульса не меньше 10 нс. Условие — двухтактный драйвер с током не меньше ±2 мА, короткие дорожки и ёмкость нагрузки до 70 пФ.

Источники

  1. Texas Instruments. TXB0104 4-Bit Bidirectional Voltage-Level Translator With Automatic Direction Sensing and ±15kV ESD Protection (SCES650K, April 2006, revised March 2025) — с. 1 — свойства, корпуса; разд. 4 — рис. 4-1…4-7 и табл. 4-1 (выводы); разд. 5.1–5.2 — предельные режимы, ESD; разд. 5.3 — рабочие условия (VCCA 1,2–3,6 В, VCCB 1,65–5,5 В, пороги 0,65 и 0,35 · VCCI, скорость фронтов); разд. 5.4 — тепловые сопротивления; разд. 5.5–5.6 — выходные уровни при 20 мкА, токи, ёмкости; разд. 5.7–5.11 — скорость по сочетаниям питания; разд. 5.20–5.21 — задержки, OE, фронты при VCCA = 3,3 В; разд. 7.3 — архитектура, резистор 4 кОм, одновибратор около 10 нс, драйвер ±2 мА, ёмкость до 70 пФ, подтяжки больше 50 кОм, запрет I²C и 1-Wire; разд. 8.2 — формулы VOH и VOL при внешних резисторах
  2. Texas Instruments. TXS0108E 8-Bit Bi-Directional, Level-Shifting, Voltage Translator for Open-Drain and Push-Pull Applications (SCES642L, December 2007, revised November 2024) — для сравнения: с. 1 — 110 Мбит/с на двухтактной линии и 1,2 Мбит/с на открытом стоке, VCCA 1,4–3,6 В; разд. 5.3 — ноль на входах до 0,15 В; разд. 7.3 — подтяжки 4 и 40 кОм, одновибратор около 30 нс; разд. 8.1 — TXB0104 как возможно лучший вариант для двухтактных линий

Нашли ошибку?

Смотрите также