레벨 변환 IC의 기초 그 1

소개

라즈파이를 비롯한 저렴한 마이크로 컴퓨터 보드의 보급에 따라 일반인도 레벨 변환 IC를 사용할 기회가 늘고 있다고 생각합니다.
과거에 실패한 경험으로부터 기초적인 사항을 정리합니다.

레벨 변환 IC의 종류

레벨 변환 IC라고 해도 내부 회로의 차이에 따라 다양한 종류가 있습니다.
크게는 이하의 차이.
・버퍼 타입/BUSSW 타입
· 방향 제어 단자 (Direction)의 유무

TXS 시리즈 (BUSSW 타입, 방향 제어 단자 없음)의 동작 해설

싹둑 동작을 설명하면, 신호의 Tr/Tf시에만 Px/Nx의 FET가 동작하고, 그 후, 신호가 H일 때는 Rpux(4kΩ Pull up)로 논리를 유지, L일 때는 Rpux(40kΩ Pull down) 와 R1+R2(300Ω pull down)로 논리를 유지한다. 이와 같이 Tr/Tf 시에만 버퍼가 동작하는 회로 구조를 세미 버퍼 타입이라고 한다. (일반 버퍼는 Px/Nx 중 하나가 항상 켜져 있기 때문에 거기가 다릅니다)
즉 갑자기 신호의 방향이 변화해도 Tr/Tf시만 드라이브하고 있기 때문에 신호가 부딪치지 않는다는 것이라고 생각한다.

동작 불량이 되는 케이스

이 부품이 동작 불량이되는 경우를 생각한다. 부품 사양의 다음 2개에 주목한다
・Px/Nx의 동작시간이 30ns
・Rpub의 저항값이 4/40kΩ

Px/Nx 동작시간 30ns

Px/Nx의 동작 시간이 30ns라는 것은 30ns 이내에 원하는 전압으로 스윙할 수 있어야 한다는 것입니다.
즉 시정수와 동작 주파수의 관계에 주의할 필요가 있습니다. 노이즈 대책으로서 콘덴서가 접속되어 있는 경우에는 주의가 필요합니다.
Px/Rx가 타임아웃하면 RPUB와 용량의 시정수에 의해 오픈 드레인 파형과 같이 충전됩니다.
신호 주파수가 고속인 경우, 신호가 전원 전압까지 상승하지 않는/0V까지 떨어지지 않게 됩니다.

Rpub의 저항값이 4/40kΩ

Px/Nx가 동작 종료한 후에는 Rpub에 의해 H, L을 유지한다.
즉 선로상의 Pullup/down 저항이 Rpub에 대해 무시할 수 없는 저항값이면 전압이 분압, L 레벨이 떠오르게 된다.

참고문헌

이 기사는 다음 정보를 참고로 작성했습니다.
- TXS0108E-Q1 데이터시트
- Effects of External Pullup and Pulldown Resistors on TXS and TXB Devices
- A Guide to Voltage Translation With TXS-Type Translators
- Factors Affecting VOL for TXS and LSF Auto-bidirectional Translation Devices