智能手机的高性能、小封装逻辑电平转换方案

文章摘要：近一两年来，在苹果公司iPhone手机的带动下，智能手机市场迅速扩大。智能手机等便携产品的一个重要特点是功能越来越多，从而支持更广泛的消费需求。但智能手机等便携产品内部用于支持不同功能的集成电路(IC)或模块的工作电压往往不同，如基带处理器和应用处理器电压一般在1.5 V至1.8 V之间，而现有许多外设工作电压一般为2.6至3.3 V，如USIM卡、Wi-Fi模块、调频(FM)调谐器模块工作电压为2.8 V，而相机模块为2.7 V。因此，智能手机等便携产品中的不同IC与外设模块之间存在输入/输出电压失配问题，要使这些器件与模块之间互相通信，需要高效的逻辑电压电平转换。所谓的逻辑电平转换器即连接

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　　近一两年来，在苹果公司iPhone手机的带动下，智能手机市场迅速扩大。智能手机等便携产品的一个重要特点是功能越来越多，从而支持更广泛的消费需求。但智能手机等便携产品内部用于支持不同功能的集成电路(IC)或模块的工作电压往往不同，如基带处理器和应用处理器电压一般在1.5 V至1.8 V之间，而现有许多外设工作电压一般为2.6至3.3 V，如USIM卡、Wi-Fi模块、调频(FM)调谐器模块工作电压为2.8 V，而相机模块为2.7 V。

　　
　　因此，智能手机等便携产品中的不同IC与外设模块之间存在输入/输出电压失配问题，要使这些器件与模块之间互相通信，需要高效的逻辑电压电平转换。所谓的逻辑电平转换器即连接不同工作电压的IC与模块或印制电路板(PCB)，提供系统集成解决方案。

　　传统逻辑电平转换方法及其优缺点

　　由于晶体管-晶体管逻辑(TTL)和互补金属氧化物半导体(CMOS)是逻辑电路中的标准电平，因传统逻辑电平转换方法中，TTL-CMOS输入转换很常见。这种转换方法简单，成本低，主要用于低电平至高电平转换，也能用于转换高电平至低电平。这种转换方法也存在一些缺点。其它传统逻辑电平转换方法还有过压容限(OVT)电压转换、漏极开路(OD)/有源下拉转换和分立I2C转换等，各有其优缺点，参见表1。

　　双电源逻辑电平转换及应用

　　逻辑电平转换中会消耗功率。例如，在低至高电平转换中，为了输出高逻辑电平，输入电压(Vin)低于VCC，电源电流变化(ΔICC)始终较高，因此功耗也较高。为了解决高功耗的问题，可以采用双电源电压(VCCA及VCCB)逻辑电平转换器，在逻辑电源电压(VL)等于Vin时，ΔICC就为0，从而降低功耗。

　　常见双电源逻辑电平转换包括单向转换、带方向控制引脚的双向转换、自动感测双向转换(推挽型输出)及用于漏极开路应用(如I2C)的自动感测双向转换等，结构示意图如图2所示。

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　　安森美半导体带推挽输出的自动感测双向转换器，如NLSX4014，有其输入驱动电流要求。假定I/O电源电压VL(A点)=0 V，并要正转换至2.8 V(即由低电平转换为高电平)，最初A点=B点=0 V，IIN1流入CMOS器件，因此，IIN » IIN2，峰值电流IIN » 2.8 V/1 kΩ = 2.8 mA。这种转换器设计用于驱动CMOS输入，不应使用阻值低于50 kΩ的阻性上拉或下拉负载 (见图3)。此外，在大电容负载中，不应当使用推挽型自动感测双向转换器，否则输出失真会较大，而应当使用开关(switch)类型的电平转换器。

　　此外，安森美半导体的这些双电源电平转换器采用小巧强固的封装，如ULLGA6、UDFN6、UDFN8、UQFN12、UDFN20、uBump11、uBump12和uBump20等，其中UDFN6封装的尺寸仅为1.2 mm×1.0 mm，uBump12封装尺寸仅为1.54 mm×2.02 mm。这些小巧强固的封装非常适合用于智能手机等便携应用。

　　安森美半导体完备的逻辑电平转换器阵容

　　安森美半导体身为全球领先的高性能、高能效硅方案供应商，推出完备阵容的极佳逻辑电平转换方案，如双电源转换器、带OVT的MiniGateTM系列开关、MiniGateTM总线开关等。
其中，双电源电压逻辑电平转换器支持宽范围的高至低和低至高电平转换，并支持单向及双向信号流，功耗低，采用超小型封装。带OVT的MiniGateTM用于满足宽范围的高至低电平转换及单向信号流应用需求，是标准元件，采用标准及超小封装，成本低。另外，安森美半导体的MiniGateTM总线开关即将推出，用于满足高速(带宽高于500 MHz)及高至低电平转换应用需求，支持双向信号流及单向转换，采用标准封装及超小封装，成本低。这些器件用于满足客户的不同需求。图4显示了安森美半导体不同逻辑电平转换方案在手机中的应用。

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