TXS0108E: преобразователь логических уровней, подключение и замена

Что делает прибор и как определяет направление

Прибор состоит из восьми симметричных каналов, и у каждого два вывода — по одному на сторону A и по одному на сторону B. Когда сторона A переключается, прибор определяет, что ведёт она, и переводит канал в направлении от A к B, повышая или понижая уровень до напряжения питания второй стороны. Когда ведёт сторона B — работает обратно.

Определение направления основано на том, что прибор видит перепад уровня на линии и по нему решает, в какую сторону передавать. Отсюда практическое следствие: чтобы направление было определено, на линии должен быть перепад, то есть передача должна начинаться с изменения уровня, а не с постоянного уровня. Этот принцип работает в обе стороны и сам по себе не является ограничением, но он объясняет, почему приборы такого типа плохо годятся для сигналов, которые долго стоят на одном уровне.

Питания у прибора два: VCCA со стороны A с диапазоном 1,4…3,6 В и VCCB со стороны B с диапазоном 1,65…5,5 В, причём VCCA должно быть не выше VCCB. Порядок включения питаний при этом не важен — одна из особенностей прибора, которой нет у многих аналогов на транзисторах.

TXS0108E и TXB0108: главное различие

Это два прибора в одном корпусе, и различие между ними ровно в том, для какого типа сигналов они сделаны. TXB0108 и TXB0104 рассчитаны на сигналы с активным выходом, то есть push-pull: источник сам тянет линию вверх или вниз. TXS0108E сделан с расчётом и на шины с открытым коллектором, где линию в состоянии покоя удерживает подтяжка вверх, а прибор её отпускает.

Именно поэтому для TXB-семейства производитель прямо не рекомендует I2C: внутри у него есть цепи ускорения направления и последовательные резисторы, которые конфликтуют с подтяжкой, и линия в такой схеме работает неправильно. На форумах это выглядит как «преобразователь не заработал на SDA», и совет «поставьте TXS0108E вместо TXB0108» здесь единственно верный.

Разница в скорости следует из того же. Для push-pull прибор держит до 110 Мбит/с при задержке порядка 4,8 нс. Для открытого коллектора предел составляет около 1,2 Мбит/с, и здесь упирается не сам прибор, а ёмкость шины и подтягивающие резисторы. Для типовой шины I2C на 100 или 400 кГц этого запаса хватает с большим избытком, а вот на длинной шине с медленными фронтами уже стоит считать.

Вывод OE и состояние включения

Вывод OE у прибора активен по высокому уровню и относится к питанию стороны A: при высоком уровне на нём все восемь каналов работают, при низком переходят в высокоомеганическое состояние, и линия остаётся в своём состоянии, определяемом подтяжкой.

Правильное включение — подтянуть OE к VCCA, то есть к питанию стороны A. Оставлять его в воздухе нельзя: прибор с плавающим входом управления может в любой момент оказаться в отключённом состоянии, и симптом при этом крайне запутанный — то данные идут, то нет, причём это зависит от предыдущего состояния линии, а не от режима.

Второе применение OE — обесточивание каналов на время подачи питания. Если прибор включается раньше, чем сторона B, вывод OE на землю удерживает каналы в отключённом состоянии, и на той стороне не возникает ложных перепадов. Это стандартная рекомендация для схем, где порядок питаний не гарантирован.

Подтяжки и ёмкость шины

На I2C подтягивающие резисторы нужны на обеих сторонах, и преобразователь уровней их не заменяет — он согласует уровни, но не удерживает линию в состоянии покоя. Типичное значение — около 4,7 кОм на каждой стороне. Если подтяжки стоят только со стороны A, при отпущенной линии на стороне B уровень будет неопределённым, и это выглядит как «иногда работает».

Отдельно про ёмкость шины. Прибор рассчитан на короткие дорожки внутри печатной платы, а не на длинные кабели. На длинной линии или на шине с большой ёмкостью рекомендуют ставить последовательные резисторы в 100…470 Ом у ведущего устройства — они ограничивают бросок тока при переключении и гасят отражения, иначе на длинной шине будут «бегущие» ложные перепады, которые прибор с автоопределением направления принимает за данные.

Характеристики

• 8 двунаправленных каналов, направление определяется автоматически.
• Питание стороны A: 1,4…3,6 В; стороны B: 1,65…5,5 В, причём A не выше B.
• Скорость: до 110 Мбит/с для сигналов с активным выходом, около 1,2 Мбит/с для открытого коллектора.
• Задержка распространения порядка 4,8 нс.
• Потребление по питанию не более 0,008 мА.
• Диапазон температур от −40 до +125 °C, устойчивость к защёлкиванию более 100 мА.

Чем заменяют

• TXB0104 и TXB0108 — для сигналов с активным выходом; на шине с открытым коллектором их применять нельзя.
• Двусторонний преобразователь на полевых транзисторах — универсальный вариант, но требует подтяжек на обеих сторонах и занимает больше места.
• PCA9306 — двухканальный прибор на полевых транзисторах, подходит для одной пары линий вроде I2C.
• SN74LVC1T45 и SN74LVC8T245 — приборы с управляемым направлением, где нужно явно задать, кто передаёт.

Частые вопросы

• Можно ли ставить TXS0108E на I2C — да, он рассчитан в том числе на шины с открытым коллектором.
• Можно ли ставить TXB0108 на I2C — нет, производитель прямо не рекомендует это для данного типа шин.
• Как включить прибор — подтянуть вывод OE к питанию стороны A; в воздухе его оставлять нельзя.
• Нужны ли подтяжки на SDA и SCL — да, на обеих сторонах, обычно 4,7 кОм; преобразователь их не заменяет.
• Какая скорость на I2C — ограничение прибора около 1,2 Мбит/с, на типовой шине 100 или 400 кГц это с большим запасом.