Двухтранзисторный транслятор заменяет целую микросхему

В свое время Linear Technology выпустила микросхему LTC4300 – буфер двухпроводной шины I²C, позволяющий в горячем режиме разрывать и соединять линии данных и синхронизации. Эта задача достаточно сложна, потому что микросхема должна работать в двух направлениях, а это означает, что она может одновременно и активно управлять обеими сторонами. Однако, как это иногда бывает, сложную схему можно заменить на простую без особой потери характеристик. Например, в схеме на Рисунке 1 транзисторы и резисторы заменяют целую микросхему. Схема работает только с тактовым сигналом или только сигналом данных.

Рисунок 1.	Эта совместимая с I2C схема выполняет функцию буфера и транслятора уровней с поддержкой горячей замены.

Основу схемы образуют два n-p-n транзистора, соединенных «голова к голове». Сигналы I²C приходят от выходов с открытым коллектором или открытым стоком, поэтому могут только опускать логические уровни (принимать ток). Когда уровень сигнала Enable высокий, низкий уровень сигнала SCL управляет эмиттером одного из транзисторов как усилителем с общей базой. Резистор 10 кОм в базовой цепи обеспечивает ток, достаточный для того, чтобы насытить транзистор и снизить падение напряжения на нем примерно до 0.1 В, тем самым, снижая уровень на другой стороне.

Рисунок 2.	Работа схемы со стороны системы с напряжением питания 3.3 В (а) и платы с напряжением питания 5 В (б).

Схема действует как эффективный диод. При низком уровне сигнала Enable сторона горячей замены не влияет на сигнал независимо от приложенного питания. Дополнительным преимуществом этой двухтранзисторной схемы является то, что она действует как преобразователь между двумя логическими уровнями. В данном примере показана буферизация сигналов и трансляция уровней между 3.3-вольтовой системой и 5-вольтовой платой. Для правильной работы схемы напряжение на линии Enable не должно превышать меньшее из двух напряжений питания. Осциллограммы на Рисунках 2а и 2б иллюстрируют работу схемы на частоте 100 кГц. Некоторые выбросы, наблюдаемые на сигнале 3.3 В, обусловлены емкостями p-n переходов транзисторов, но эти небольшие дефекты должны быть допустимы во многих недорогих приложениях. Аналогичные схемы трансляторов уровня описаны в [1] и [2].

Ссылки

1. Hagerman, Jim, “Two transistors form bidirectional level translator,” EDN, Nov 7, 1996, pg 114.
2. Poon CC, Edward Chui, “Low-voltage interface circuits translate 1.8V to 5V”, EDN, Nov 5, 1998, pg 119.

Материалы по теме

1. Datasheet Analog Devices LTC4300A-1