在电子电路设计中，电平转换是一个常见且关键的问题，特别是在不同电压标准的设备之间进行信号传输时。今天，我们将详细介绍 TI TVC 系列电平转换芯片的工作原理及应用，重点聚焦于 SN74TVC16222A 如何实现双向电平转换，并深入探讨其在不同应用场景下的配置与优势。
　　首先，我们来看一下电平转换芯片的汇总情况。不同架构类型的电平转换芯片具有各自的特点。其中，TI LSF 系列和 TI TVC 系列可实现双向电平转换，且无 DIR 引脚，其工作条件为 Vref_B > Vref_A + 0.8V ，低电平 FET 导通时驱动能力强，高电平 FET 截止，依靠上拉电阻，工作频率可达 100MHz @30pF，40MHz @50pF。
　　　接下来，我们重点介绍 TI TVC 系列 / LSF 系列（转换钳位电压）。利用 TI 的 22 通道电平钳制芯片 SN74TVC16222A 来做电平转换，其优点在于速率可以做得快一些。
　　　　1.1、TVC/LSF 原理
　　TVC 器件可用于双向电平转换，且不需要方向控制信号。每个 TVC 器件包含一个 N 沟道导通晶体管阵列，它们的门在内部连接在一起。在转换应用中，将连接其中一个 FET 作为参考晶体管，其它晶体管用作导通晶体管。每个导通晶体管的低压端上的最大正电压限制为由参考晶体管设置的电压。由于阵列中的所有晶体管具有相同的电气特性，所以它们中的任何一个都可用作参考晶体管。又因为晶体管是对称制造的，且 I/O 信号是双向经过每个 FET，所以每位的任一端口连线可用作低压端。参考晶体管的漏极必须经过一个电阻后再连接到 VDDREF，VREF 必须低于或等于 (VBIAS - 1) 以便将参考晶体管偏置到导通状态。参考晶体管的栅极连接到它的漏极以便使晶体管处于饱和状态。
　
　　在实际应用中，A 端（低电压）VREF 设置为等于 CPU 的 I/O 电压电平，而 VDPU 设置为 B 端（高电压）上所需的电压电平。当从 B 端下降转换到 A 端时，A 端上的电压被钳位在 VREF ，因为 VGATE 被固定住了，假设 VA2 大于 VREF，则 FET 关闭，所以 VA2 只能被钳位在 VREF。当从 A2 (A3) 上升转换至 B2 (B3) 时，在 A 端上的电压 达到 VREF 时，A2 (A3) 与 B2 (B3) 之间的导通晶体管关闭，且 B2 (B3) 上的电压通过 150Ω 上拉电阻上拉至 VDPU（类似 Open Drain）。这里需要注意的是，上图中 VDDREF 的 200KΩ 上拉电阻会影响所有晶体管的驱动能力，如果要求上升沿 / 下降沿比较陡，则需要减小这个上拉电阻。
　
　　1.2、TVC/LSF 使用技巧
　　在使用过程中，我们可能会遇到一些疑问。例如，疑问 Q1：如果 A 端 IO 电平不足 VREF 电压，则 B 端电压升不起来，那么设计的时候 VREF 就不能是 IO 的最高输出电压，应该是 A 端 IO 的 VOH？回答 A1：Yes。详见《TI_ZHCAEV7_关于自动双向 LSF 系列转换器的主要问题_2024.12》第 6 节。SN74TVC3306 Datasheet 描述：电压钳位时，每当 VREF 一侧的输入端上的信号高于 VREF 时，由于上拉电阻器，电压会在与 VDPU 的值相反的一侧钳位，此时电压进行上行转换；电压传递时，只要 VREF 侧输入端上的信号 低于 VREF，该信号就会按预期传递到另一侧，此时低电平脉冲保持低电平（无转换）。PCA9306（属于 TVC） Datasheet 也有关于 MOS 管上拉电阻和 Ibias 选择的一些描述。疑问 Q2：输入电压是否可以超过 Vref_A？回答 A2：Yes。如下图应用，当 A 侧输入电压超过 Verf_A 的时候 FET 截止，B 侧依靠上拉电阻上拉至 VCCB。
　　此外，利用 AD 的 8 通道双向逻辑电平转换器 ADG3308，速度可以达到很高。