NTS0102 双电源转换收发器：特性、应用与设计要点

在电子设计领域，电压转换是一个常见且关键的问题。不同的电子设备或系统可能工作在不同的电压水平下，为了实现它们之间的有效通信和协同工作，就需要可靠的电压转换解决方案。NXP 推出的 NTS0102 双电源转换收发器，就是这样一款能够满足多种电压转换需求的优秀产品。今天，我们就来深入了解一下 NTS0102 的特点、应用以及在设计中需要注意的要点。

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一、NTS0102 概述

NTS0102 是一款 2 位、具有自动方向感应功能的双电源转换收发器，它能够实现双向电压电平转换。该器件具有两个 2 位输入 - 输出端口（An 和 Bn）、一个输出使能输入（OE）以及两个电源引脚（$V{CC(A)}$ 和 $V{CC(B)}$）。$V{CC(A)}$ 可在 1.65 V 至 3.6 V 之间的任意电压下供电，$V{CC(B)}$ 则可在 2.3 V 至 5.5 V 之间的任意电压下供电，这使得它非常适合在 1.8 V、2.5 V、3.3 V 和 5.0 V 等不同电压节点之间进行转换。引脚 An 和 OE 参考 $V{CC(A)}$，引脚 Bn 参考 $V{CC(B)}$。当引脚 OE 为低电平时，输出将呈现高阻抗的 OFF 状态，同时 IOFF 电路会禁用输出，防止设备在断电时产生损坏性的回流电流。

二、主要特性与优势

2.1 宽电源电压范围

$V{CC(A)}$ 的范围为 1.65 V 至 3.6 V，$V{CC(B)}$ 的范围为 2.3 V 至 5.5 V，这种宽电压范围使得 NTS0102 能够适应多种不同的电源系统，为设计带来了更大的灵活性。在实际应用中，我们可以根据具体的需求选择合适的电源电压，以满足不同设备之间的电压转换要求。

2.2 高数据速率

推挽模式下最大数据速率可达 50 Mbit/s，这意味着它能够快速、稳定地传输数据，适用于对数据传输速度有较高要求的应用场景，如高速通信接口等。

2.3 部分掉电模式

OFF 电路提供部分掉电模式操作，在不需要设备全功率运行时，可以降低功耗，提高能源利用效率，延长设备的续航时间。

2.4 高电压输入兼容性

输入可接受高达 5.5 V 的电压，这增加了它与其他高电压设备的兼容性，减少了额外的电压转换电路设计。

2.5 静电放电（ESD）保护

• HBM JESD22 - A114E Class 2 对于 A 端口超过 2500 V。
• HBM JESD22 - A114E Class 3B 对于 B 端口超过 8000 V。
• CDM JESD22 - C101E 超过 1500 V。 强大的 ESD 保护能力可以有效防止静电对设备造成损坏，提高设备的可靠性和稳定性。

2.6 闩锁性能

闩锁性能超过 100 mA 每 JESD 78B Class II，这意味着它在面对电气干扰时能够保持稳定的工作状态，减少闩锁现象的发生，提高系统的安全性。

2.7 多种封装选项

提供多种封装形式，如 TSSOP8、XSON8 等，方便不同的应用场景和 PCB 布局需求。不同的封装具有不同的尺寸和引脚排列，我们可以根据实际的设计要求选择最合适的封装。

2.8 宽温度范围

指定工作温度范围为 - 40 °C 至 + 85 °C 和 - 40 °C 至 + 125 °C，这使得它能够在较为恶劣的环境条件下正常工作，适用于工业、汽车等对温度要求较高的领域。

三、应用场景

NTS0102 主要适用于电压电平转换应用，可用于点对点应用中，实现不同电源电压下的设备或系统之间的接口连接。具体应用场景包括：

3.1 I2C/SMBus

在 I2C 或 SMBus 通信中，不同设备可能工作在不同的电压下，NTS0102 可以实现这些设备之间的电压转换，确保数据的正常传输。

3.2 UART

在 UART 通信中，也经常会遇到不同电压设备之间的连接问题，NTS0102 可以很好地解决这个问题，保证通信的稳定性。

3.3 GPIO

在通用输入输出接口中，NTS0102 可以实现不同电压的 GPIO 引脚之间的连接，提高系统的兼容性和灵活性。

四、订购信息

NTS0102 提供多种型号可供选择，不同型号对应不同的封装和版本。例如：	型号	顶部标记	封装	描述	版本
NTS0102DP	s02	TSSOP8	塑料薄收缩小外形封装；8 引脚；体宽 3 mm；引脚长度 0.5 mm	SOT505 - 2
NTS0102GT	s02	XSON8	端子；体尺寸 1 x 1.95 x 0.5 mm	SOT833 - 1
……	……	……	……	……

同时，每个型号还有不同的订购选项，包括可订购的部件编号、包装方法、最小订购数量和工作温度范围等。在选择订购时，我们需要根据实际的设计需求和生产计划来确定合适的型号和订购选项。

五、功能与电气特性

5.1 功能描述

通过功能表可以看出，当 OE 为低电平时，An 和 Bn 都呈现高阻抗状态；当 OE 为高电平时，An 和 Bn 可以作为输入或输出使用，实现数据的双向传输。

5.2 电气特性

包括静态特性和动态特性。静态特性如输入泄漏电流、OFF 状态输出电流、电源关断泄漏电流等，这些特性反映了设备在静态工作时的电气性能。动态特性如传播延迟、输出转换时间、脉冲宽度等，这些特性则反映了设备在动态工作时的性能表现。在设计电路时，我们需要根据这些电气特性来选择合适的工作条件和外部元件，以确保设备的正常工作。

六、应用设计要点

6.1 输入驱动要求

由于 NTS0102 是开关型转换器，输入驱动器的特性会直接影响输出信号。外部的开漏或推挽驱动器会决定系统的静态电流吸收能力，最大数据速率、高 - 低输出转换时间和传播延迟也取决于外部驱动器的输出阻抗和边沿速率。因此，在选择外部驱动器时，我们需要确保其输出阻抗低于 50 Ω，以满足数据手册中对这些参数的要求。

6.2 输出负载考虑

最大可驱动的集总电容负载取决于单触发脉冲持续时间。在电容负载较重的情况下，输出可能无法在单触发脉冲持续时间内达到正电源轨。为了避免过度的电容负载，确保单触发电路的正确触发，建议在 PCB 布局中使用短的走线长度和低电容的连接器。同时，为了确保低阻抗端接，避免输出信号振荡和单触发电路的重新触发，PCB 走线的长度应使得任何反射的往返延迟在单触发脉冲持续时间（约 50 ns）内。

6.3 电源上电

在操作过程中，$V{CC(A)}$ 绝不能高于 $V{CC(B)}$，但在上电过程中，$V{CC(A)} ≥ V{CC(B)}$ 不会损坏设备，因此两个电源可以先任意一个上电，无需特殊的上电顺序。

6.4 使能与禁用

输出使能输入（OE）用于禁用设备。当 OE 为低电平时，所有 I/O 都将呈现高阻抗的 OFF 状态。禁用时间（$t{dis}$）表示 OE 变为低电平到输出实际禁用之间的延迟，使能时间（$t{en}$）表示 OE 变为高电平后，单触发电路开始工作所需的时间。为了确保在上电或断电过程中处于高阻抗 OFF 状态，引脚 OE 应通过下拉电阻连接到 GND，电阻的最小值由驱动器的电流源能力决定。

6.5 上拉或下拉电阻

每个 A 端口 I/O 都有一个内部 10 kΩ 的上拉电阻连接到 $V{CC(A)}$，每个 B 端口 I/O 都有一个内部 10 kΩ 的上拉电阻连接到 $V{CC(B)}$。如果需要更小的上拉电阻值，可以在内部 10 kΩ 电阻上并联一个外部电阻，但这会影响 $V_{OL}$ 电平。当 OE 为低电平时，NTS0102 的内部上拉电阻将被禁用。

6.6 GD 封装与 TL 封装

由于封装结构的差异，TL 封装有一个中心焊盘，而 GD 封装没有。在替换或新应用中，需要根据实际情况进行选择。例如，如果 GD 封装下方没有走线，在替换时可以将 TL 封装直接放置在相同的 PCB 走线上；如果有走线，则需要评估 EMI 和串扰的风险。在新应用中，如果使用 TL 封装，应避免在封装下方布线。

七、封装与焊接

7.1 封装概述

NTS0102 提供多种封装形式，每种封装都有其特定的尺寸和引脚排列。在选择封装时，需要考虑 PCB 的布局空间、散热要求、引脚间距等因素。例如，TSSOP8 封装适用于对空间要求不高的应用，而 XSON8 封装则更适合对尺寸有严格要求的应用。

7.2 焊接方法

焊接是将封装连接到 PCB 上的常见方法，主要有波峰焊和回流焊两种。波峰焊适用于通孔元件和一些表面贴装器件，但对于细间距的 SMD 不太适用。回流焊则适用于小间距和高密度的封装，是目前较为常用的焊接方法。在焊接过程中，需要注意 PCB 的规格、封装的引脚布局、焊接温度曲线等因素，以确保焊接质量。

7.3 PCB 焊盘布局

不同封装的 PCB 焊盘布局也有所不同。在设计 PCB 时，需要参考封装的外形图和数据手册，确保焊盘的尺寸、间距和形状与封装相匹配。同时，还需要考虑焊接工艺的要求，如焊膏的印刷、元件的放置等。

八、总结

NTS0102 是一款功能强大、性能稳定的双电源转换收发器，具有宽电源电压范围、高数据速率、良好的 ESD 保护等优点，适用于多种电压转换应用场景。在设计应用电路时，我们需要充分考虑其输入驱动要求、输出负载特性、电源上电顺序、使能与禁用控制等因素，同时合理选择封装和焊接方法，以确保设备的正常工作和系统的稳定性。希望通过本文的介绍，能够帮助大家更好地了解和使用 NTS0102 这款产品。大家在实际应用过程中遇到任何问题，欢迎一起交流探讨。