在汽车应用中使用电平转换器

汽车电子和信息娱乐系统包含大量电子元件，例如微控制器、传感器和其他在不同电压下运行的外围设备。降低这些电子设备中的微控制器电压可实现更高的功率效率，但外围设备仍需要在更高电压下运行。这会产生电压不兼容的情况，电压电平转换器/转换器可以解决这种情况。TI 的汽车产品组合包括符合汽车电子委员会 (AEC)-Q100 标准的电压电平转换器/转换器。

在过去十年间，移动和计算系统技术领域已经实现大跨步发展，这些技术进步提供了完美运行和功能丰富的用户体验，实现了多重音频和视频的访问功能。消费者十分希望能够在他们的汽车信息娱乐系统中实现同样的内容和功能。之前实现这一需求的方式是一个支持Bluetooth功能的触摸屏，而目前的实现方式是支持互联网访问，高清多媒体接口 (HDMI) 和USB接口的多触点平板电脑大小的显示屏。

汽车一级制造商正在利用已经为移动和计算功能建立起来的电子基础设施，并将其赋予针对汽车信息娱乐和集群系统的新用途。这些复杂性不断增加的系统以模块化方式提供，原厂设备制造商 (OEM) 可以根据车辆的级别来挑选功能。为了最大限度地重新使用这些混合模式电压系统，需要使用电压电平转换器将这些不同的子系统连接在一起。

在把3.3V器件与之前的5V系统对接时，主要有两个方面的问题。3.3V系统的VOH 不能满足5V系统所需要的VIH 阀值电压，而5V系统的VOL 也无法符合3.3V系统对VIL 的需要。在电压更低的系统中，由于VOH/VIH 和VOL/VIL 的不兼容性范围较小，这个问题会变得比较隐蔽。在刚开始时，器件好像可以通信，但是由于VOL 和 VIL 之间的小差异会停止通信。在这些汽车扩展温度范围内，阀值不匹配的问题会显现出来。

图 1 显示了 3.3V 微控制器和传统 5V 外设之间不兼容的逻辑阈值电平。要成功连接至少两个设备，需要以下条件：

· 驱动器的输出高电压 (VOH) 必须大于接收器的输入高电压 (VIH)。

· 驱动器的输出低电压 (VOL) 必须小于接收器的输入低电压 (VIL)。

· 驱动器的输出电压不得超过接收器的输入/输出 (I/O) 电压容差。

图 1：说明逻辑级不兼容性

在复杂的信息娱乐系统中，单向电压电平转换器（例如 SN74AUP1T34-Q1）允许从极低电压处理器连接到 3.3V 外设。它还提供足够的输出驱动电流以扇出多个负载。图 2 显示了 SN74AUP1T34-Q1 作为时钟扇出缓冲器的应用用例。图 3 显示了 SN74AUP1T34-Q1 的低抖动 (~ 500ps) 测量数据。

SN74LVCxxT245-Q1和SN74AVCxxT245-Q1系列是负载更大总线的理想选择，在此类总线上连接有多个器件。这些器件提供高达12mA的电流，并且专门用于驱动高达15pF的负载。这样的话，主控制器将需要控制器件的数据流。

图 2：SN74AUP1T34-Q1 作为时钟扇出缓冲器

图 3：SN74AUP1T34-Q1 将正弦输入缓冲至方波输出

如果不想配置电平转换器的方向，可以使用自动方向转换器，例如 TXS0102-Q1、TXS0104-Q1 和 TXB0102-Q1。TXS0102-Q1 具有低泄漏和静态消耗，并在启动/停止事件期间为其他关键设备节省宝贵的电力。图 4 显示了 TXS0102-Q1 用于开漏信号接口的应用用例。图 5 显示了 TXS0102-Q1 用作 I 2 C 电平转换器时的测量数据。

图 4：TXS0102-Q1 作为开漏电平转换器

图 5：用于时钟和数据的 TXS0102-Q1 I 2 C 电平转换器

如果您想控制电平转换器的方向，请考虑使用SN74LVCxT245-Q1和SN74AVCxT245-Q1 系列等转换器，用于将多个设备连接到总线的重负载总线。这些器件分别提供高达 12mA/24mA 的电流，专用 DIR 引脚控制数据流。

由于微控制器 (MCU) 和微处理器 (MPU) 正在迁移到更先进的处理器，这些处理器具有更高的图像识别处理能力和更高的分辨率，成本和功耗的节省推动了信息娱乐、高级驾驶辅助系统 (ADAS) 中对低压操作的需求、远程信息处理和集群系统。这就需要使用 TI 的符合 AEC-Q100 标准的电压电平转换器/转换器产品组合轻松实现电压电平转换。