Перейти к содержанию

TXS0108E — восьмиканальный двунаправленный преобразователь уровней TI

TXS0108E — восьмиканальный преобразователь логических уровней без вывода направления, на котором собраны популярные модули «3,3–5 В на 8 каналов». Разбираем по даташиту TI выводы, питание обеих сторон, вывод OE, внутренние подтяжки и одновибраторы, от которых зависят ограничения: слабый выход, низкий порог нуля и чувствительность к ёмкости и резисторам на линиях.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

TXS0108E (Texas Instruments) — восьмиканальный неинвертирующий преобразователь логических уровней с двумя шинами питания: выводы A1–A8 работают на уровнях VCCA, выводы B1–B8 — на уровнях VCCB. Вывода направления нет: каждый канал — это транзистор-ключ с подтяжками на обеих сторонах и ускорителями фронтов, поэтому сигнал проходит в ту сторону, откуда его ведут. Такая схема хорошо подходит для линий с открытым стоком вроде I²C, но у неё есть ограничения по нагрузке, которые чаще всего и объясняют «модуль не работает». Обзор других вариантов согласования уровней — в схеме «Преобразователь уровней» и статье «Логические уровни».

Коротко

  • Питание — VCCA 1,4–3,6 В, VCCB 1,65–5,5 В, всегда VCCA ≤ VCCB; порядок подачи любой.
  • Скорость — двухтактные линии до 60–110 Мбит/с, открытый сток до 1,2 Мбит/с (при 3,3 и 5 В).
  • Подтяжки — внутренние на каждой линии: 4 кОм при передаче единицы, 40 кОм при передаче нуля.
  • Пороги — ноль на входах A и B только до 0,15 В; единица — от VCCI − 0,4 В.
  • Ток покоя — единицы микроампер; при OE = 0 все линии в третьем состоянии.
  • Корпуса — TSSOP-20, VSSOP-20, VQFN-20 (RGY и RKS), BGA-20 (ZXY и NME); −40…+85 °C.

Выводы

TXS0108E, вид сверху: 1 A1, 2 VCCA, 3 A2 … 9 A8, 10 OE, 11 GND, 12 B8 … 18 B2, 19 VCCB, 20 B1TXS0108E1A12VCCA3A24A35A46A57A68A79A810OE11GND12B813B714B615B516B417B318B219VCCB20B1вид сверху
TXS0108E в корпусах TSSOP-20 (PW) и VSSOP-20 (DGS), вид сверху; у VQFN-20 RGY номера выводов те же
Вывод PW, DGS, RGYОбозначениеНазначение
1A1канал 1, сторона VCCA
2VCCAпитание стороны A, 1,4–3,6 В
3, 4, 5, 6, 7, 8, 9A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8каналы 2–8, сторона VCCA
10OEразрешение: ноль — все линии в третьем состоянии; уровни относительно VCCA
11GNDобщий провод
12, 13, 14, 15, 16, 17, 18B8, B7, B6, B5, B4, B3, B2каналы 8–2, сторона VCCB
19VCCBпитание стороны B, 1,65–5,5 В
20B1канал 1, сторона VCCB
площадка (только RGY)—соединяют с землёй или оставляют свободной

Канал n — это пара An и Bn: у корпуса PW вывод A1 стоит напротив B1, а A8 — напротив B8. У корпуса VQFN-20 RKS (4,5 × 2,5 мм) и у BGA-корпусов ZXY и NME своя нумерация — её берут из рис. 4-1, 4-2 и 4-4 даташита.

Питание и уровни

ПараметрЗначение
VCCA1,4–3,6 В (предел 4,6 В)
VCCB1,65–5,5 В (предел 6,5 В)
Единица на входе A или Bот VCCI − 0,4 В (у стороны A при VCCA до 1,95 В — от VCCI − 0,2 В)
Ноль на входе A или Bдо 0,15 В
Единица и ноль на OEот 0,65 · VCCA (до 5,5 В) и до 0,35 · VCCA
Выход единица при 20 мкАот 0,67 · VCCA на стороне A, от 0,67 · VCCB на стороне B
Выход ноль на стороне Bдо 0,55 В при 620 мкА и VCCB = 4,5 В
Скорость нарастания входного сигналане медленнее 10 нс/В
Ток покоя VCCA / VCCBдо 2 / до 6 мкА при VCCA до 3,6 В
Ток VCCB при OE = 0до 4 мкА

Наш вывод из таблицы рабочих условий: порог нуля 0,15 В очень низкий. Выход микроконтроллера, у которого ноль гарантирован только до 0,4 В при большом токе, и транзисторный ключ с остаточным напряжением в несколько десятых вольта TXS0108E может не распознать — сигнал от них нужно подавать с минимальной нагрузкой.

Как устроен канал и откуда ограничения

Каждый канал — N-канальный проходной транзистор с сопротивлением порядка 300–500 Ом между An и Bn, подтяжки RPUA к VCCA и RPUB к VCCB и два одновибратора на каждую сторону. Одновибратор, заметив фронт на одной стороне, примерно на 30 нс включает сильный транзистор на другой, чтобы быстро перезарядить ёмкость линии. Подтяжки «умные»: 4 кОм, когда канал передаёт единицу, и 40 кОм, когда ноль; при OE = 0 они отключаются (разд. 7.3.5).

Из этого следуют практические правила (наш вывод):

  • Не нагружать линии постоянным током. Резистор к земле, светодиод или вход с подтяжкой к земле делят с подтяжкой 4 кОм напряжение единицы. Пример: VCCB = 5 В и 4,7 кОм к земле дают 5 · 4,7 / (4 + 4,7) ≈ 2,7 В — ниже гарантированных 0,67 · VCCB = 3,35 В.
  • Беречь ёмкость. Одновибратор работает около 30 нс; длинный провод или кабель с большой ёмкостью он не успевает перезарядить, а отражения могут перезапустить его — TI прямо предупреждает о колебаниях и конфликте на линии. Короткие дорожки и провода — условие нормальной работы.
  • Сильный внешний драйвер. TI рассчитывает максимальную скорость при выходном сопротивлении внешнего драйвера меньше 50 Ом; слабый выход (например, через резистор 1 кОм) замедляет фронты.
  • Для двухтактных линий есть альтернатива. В разд. 8.1 TI называет TXB0104 более подходящим для линий с двухтактными выходами; TXS0108E оптимизирован под открытый сток.

Скорость

ПитаниеДвухтактная линияОткрытый сток
VCCA 1,5 В, VCCB 1,8–5 В40–60 Мбит/с0,8–1 Мбит/с
VCCA 1,8 В, VCCB 1,8–5 В45–70 Мбит/с0,8–1 Мбит/с
VCCA 2,5 В, VCCB 2,5–5 В80–100 Мбит/с0,8–1 Мбит/с
VCCA 3,3 В, VCCB 3,3 / 5 В100 / 110 Мбит/с0,8 / 1,2 Мбит/с

Значения — из таблиц требований к временам (разд. 5.6–5.9). В таблице переключательных характеристик для VCCA = 3,3 В (разд. 5.13) максимальная скорость на двухтактной линии указана 60 Мбит/с — даташит противоречит сам себе. Наш вывод: закладывать 60 Мбит/с, а для SPI на десятки мегагерц всё равно проверять сигнал осциллографом на реальной плате. Задержка на двухтактной линии — единицы наносекунд, а фронт единицы на открытом стоке, который тянет только подтяжка, — до 0,3–0,45 мкс (там же).

Где не подходит

Наш вывод: для 1-Wire с паразитным питанием, для линий с сильными подтяжками и для входов, которые должны держать уровень под нагрузкой, удобнее одиночный MOSFET-преобразователь на BSS138 или буфер с выводом направления. Для подключения радиотрансиверов CC1101 и SX1276, SX1278 к 5-вольтовой плате TXS0108E подходит: линии SPI короткие, нагрузка — только входы микросхем.

Частые вопросы

Почему TXS0108E не работает с модулем, у которого на линии резистор к земле?

Потому что сторона, которая выдаёт единицу, держит её только внутренней подтяжкой 4 кОм — сильный транзистор включается лишь на время фронта, около 30 нс. Внешний резистор к земле образует с ней делитель: при VCCB = 5 В и 4,7 кОм к земле на линии будет около 2,7 В (наш расчёт), а это ниже гарантированного уровня единицы. TI прямо пишет, что подтяжки выдают ток в сотни микроампер. Для таких нагрузок берут буфер с выводом направления.

Подходит ли TXS0108E для I2C?

Да, это его основное назначение: архитектура рассчитана на линии с открытым стоком, а скорость в этом режиме — до 1,2 Мбит/с при VCCA = 3,3 В и VCCB = 5 В, то есть с запасом для 400 кГц. Внутренние подтяжки 4 кОм уже стоят на обеих сторонах, поэтому внешние резисторы I²C часто можно не ставить или ставить большого номинала; слишком сильные внешние подтяжки мешают драйверу дотянуть линию до нуля.

Можно ли поменять местами стороны A и B?

Нет. Сторона A — низковольтная: VCCA от 1,4 до 3,6 В, а сторона B — от 1,65 до 5,5 В, и всегда должно выполняться VCCA ≤ VCCB. Поэтому для пары 3,3 и 5 В микроконтроллер на 3,3 В подключают к выводам A1–A8 и VCCA, а 5-вольтовое устройство — к B1–B8 и VCCB. Порядок подачи питания на VCCA и VCCB любой.

Зачем нужен вывод OE?

Ноль на OE переводит все 16 линий в третье состояние и отключает внутренние подтяжки. Порог OE привязан к VCCA: единица — от 0,65 · VCCA, ноль — до 0,35 · VCCA. Чтобы выходы не дёргались при включении и выключении питания, TI советует притянуть OE к земле резистором, а микроконтроллер переводит его в единицу, когда обе стороны запитаны; после этого нужно выждать время включения — до 200 нс.

Источники

  1. Texas Instruments. TXS0108E 8-Bit Bi-Directional, Level-Shifting, Voltage Translator for Open-Drain and Push-Pull Applications (SCES642L, December 2007, revised November 2024) — с. 1 — свойства, корпуса PW, RGY, DGS, RKS, ZXY, NME; разд. 4 — рисунки выводов и табл. 4-1; разд. 5.1 — предельные режимы; разд. 5.3 — рабочие условия (VCCA 1,4–3,6 В, VCCB 1,65–5,5 В, VCCA ≤ VCCB, VIL до 0,15 В, порог OE); разд. 5.5 — выходные уровни при 20 мкА, токи покоя; разд. 5.6–5.9 — скорость по сочетаниям питания; разд. 5.13 — тайминги при VCCA = 3,3 В; разд. 7.2–7.3.5 — архитектура, одновибраторы около 30 нс, подтяжки 4 и 40 кОм, требования к внешним драйверам и нагрузке; разд. 8.1 — TXB0104 для двухтактных линий
  2. Texas Instruments. TXS0108E — страница изделия: описание и состав документации — текущая ревизия даташита и сопутствующие документы; используется для проверки актуальности ревизии L

Нашли ошибку?

Смотрите также