TCA39416：超低电压I3C转换器的卓越之选

在电子设计领域，电压转换器是实现不同电压节点之间逻辑电平转换的关键组件。今天，我们要深入探讨一款具有上升时间加速器的超低电压I3C转换器——TCA39416，它在I3C、I2C、SMBus和SPI应用中展现出了卓越的性能。

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一、TCA39416特性亮点

（一）多协议兼容性与宽电压范围

TCA39416是一款适用于I3C、I2C、SMBus和SPI应用的2位双电源双向转换器。其A侧和B侧的工作电压范围为0.72V至1.98V，且$V{CCA}$必须低于$V{CCB}$，这使得它能够在典型的1V、1.2V和1.8V电源轨之间进行高低逻辑信号电平切换，满足了多种不同电压系统的需求。

（二）双向转换与高阻抗特性

该器件在无方向引脚的情况下提供双向电压转换，当$OE = 0V$或$V_{CC} = 0V$时，Ax和Bx引脚呈高阻抗输出状态。同时，Ax和Bx引脚上配有内部10kΩ上拉电阻器，确保了在不同工作状态下的稳定性能。

（三）高速与兼容性

TCA39416与MIPI I3C兼容，支持高达12.5MHz的速度，还兼容JEDEC I3C模块边带总线规范（JESD403）。这种高速和兼容性使得它在高速数据传输的应用场景中表现出色。

（四）电源灵活性与低功耗

无需电源定序，$V{CCA}$或$V{CCB}$均可优先斜升，为电源设计提供了更大的灵活性。此外，当$V{CCA}$或$V{CCB} = 0V$时，其静态电流低至2.5pA，通过控制OE引脚为低电平，可使所有Ax和Bx引脚处于高阻抗状态，显著减少静态电流消耗。

（五）可靠性保障

TCA39416的闩锁性能超过100mA，符合JESD 78 II类规范；ESD保护性能超过JESD 22规范要求，在4000V人体放电模型（A114 - B）和1500V充电器件模型（C101）下都能稳定工作，为设备的可靠性提供了有力保障。

二、引脚配置与功能

（一）引脚分布

TCA39416有8个引脚，包括输入输出引脚A1、A2、B1、B2，电源引脚$V{CCA}$、$V{CCB}$，接地引脚GND和输出使能引脚OE。每个引脚都有其特定的功能和作用，共同实现了器件的正常工作。

（二）引脚功能详解

• 输入输出引脚：A1、A2引脚参考$V{CCA}$，B1、B2引脚参考$V{CCB}$，实现数据的输入和输出。
• 电源引脚：$V{CCA}$和$V{CCB}$为器件提供工作电压，且需满足$V{CCA} ≤ V{CCB}$。
• 输出使能引脚OE：参考$V{CCA}$，可直接连接至$V{CCA}$，也可承受1.98V的电压。当OE为低电平时，所有输出引脚处于高阻抗状态，可减少静态电流消耗。

三、规格参数

（一）绝对最大额定值

在推荐的工作自由空气温度范围内，TCA39416的各参数都有明确的绝对最大额定值。例如，$V{CCA}$和$V{CCB}$的电源电压范围为 - 0.5V至2.5V，输入电压范围、输出电压范围等也都有相应的限制。超出这些额定值可能会导致器件永久损坏，因此在设计时必须严格遵守。

（二）ESD评级

该器件具有良好的ESD防护能力，人体放电模型下为±4000V，充电器件模型下为±1500V，这使得它在实际应用中能够更好地抵御静电干扰。

（三）推荐工作条件

推荐的工作条件包括电源电压范围（0.72V至1.98V）、输入电压范围、输入转换上升和下降速率等。在这些条件下，器件能够实现最佳的性能和可靠性。

（四）热信息

不同封装形式（如DDF（SOT - 23）和DTW（X2SON））的TCA39416具有不同的热阻参数，如结到环境热阻、结到壳（顶部）热阻等。了解这些热信息对于散热设计至关重要，能够确保器件在正常的温度范围内工作。

（五）电气特性

电气特性涵盖了多个方面，如UVLO上升和下降阈值、RTA和FTA激活阈值、上拉电阻值等。这些参数直接影响着器件的工作性能和稳定性，在设计过程中需要根据具体需求进行合理选择和调整。

（六）时序要求和开关特性

时序要求规定了信号的时间参数，如从VRTA到RTA禁用的时间、脉冲宽度等。开关特性则描述了信号在不同电压下的上升和下降时间、通道间的偏斜等。这些特性对于高速数据传输应用尤为重要，能够确保信号的准确传输。

四、详细设计与应用

（一）设计要求与步骤

在使用TCA39416进行设计时，首先要确定输入电压范围和输出电压范围，分别根据驱动TCA39416的器件和被TCA39416驱动的器件的电源电压来确定。同时，要考虑到器件内部的10kΩ上拉电阻器的作用，它在I/O线为高电平时起到高电平保持器的作用。

（二）典型应用案例

TCA39416可用于桥接两个电压节点之间的数字开关兼容性差距，实现电子系统中不同逻辑阈值电平的接口。在典型应用中，它适用于I3C推挽驱动器或开漏驱动器的数据I/O接口，如I2C或SMBus，能够在无控制信号的情况下实现双向数据传输。

（三）电源供应建议

TCA39416的电源电压范围为0.72V至1.98V，且$V{CCA}$必须$≤ V{CCB}$。在电源上电操作时，电源的顺序不会损坏器件，但为了确保在电源上电或下电过程中信号不通过，OE输入引脚必须通过下拉电阻连接到GND，并且在$V{CCA}$和$V{CCB}$完全上升并稳定后再启用OE引脚。

（四）布局指南

为了确保器件的可靠性，在PCB布局时需要遵循一些准则。例如，在电源引脚附近使用旁路电容，采用短的走线长度以避免过多的负载，保持Ax和Bx引脚长度相近以防止信号偏斜，以及确保PCB信号走线长度足够短，使任何反射的往返延迟小于单触发持续时间（约<20ns）。

五、支持与注意事项

（一）文档支持

德州仪器提供了相关的文档，如“I3C - Next Generation Serial Communication Interface”，可以帮助工程师更好地了解和使用TCA39416。同时，通过导航至ti.com上的器件产品文件夹，点击通知进行注册，可接收文档更新通知。

（二）支持资源

TI E2E™中文支持论坛是工程师获取快速、经过验证的解答和设计帮助的重要平台。在论坛上，工程师可以搜索现有解答或提出自己的问题，获得所需的设计帮助。

（三）静电放电警告

静电放电（ESD）会损坏集成电路，因此在处理TCA39416时，必须采取适当的预防措施，如佩戴防静电手环、使用防静电工作台等。不遵守正确的处理和安装程序可能会导致器件损坏，影响系统的正常运行。

TCA39416作为一款具有上升时间加速器的超低电压I3C转换器，凭借其丰富的特性、广泛的应用场景和良好的可靠性，为电子工程师在电压转换设计方面提供了一个优秀的选择。在实际应用中，工程师需要根据具体需求，合理设计电路，充分发挥TCA39416的优势，实现高效、稳定的电子系统设计。大家在使用TCA39416的过程中，有没有遇到过什么特别的问题或者有什么独特的设计经验呢？欢迎在评论区分享交流。