Tornando a conversão de nível de sinais mistos mais compacta

A tradução de tensão normalmente é tratada como um problema puramente digital. Por exemplo, um dispositivo de 1,8 V precisa se comunicar com um dispositivo de 3,3 V, e o dispositivo de 3,3 V precisa interagir com outro dispositivo de 5 V, e assim por diante. Nesses casos, normalmente verificamos se uma entrada consegue lidar com um nível de sinal esperado, e podemos ajustar o nível com resistores ou com um CI dedicado de tradução de nível. No caso de dados digitais, como uma interface I2C ou SPI, o mais comum é usar um CI tradutor de nível classificado para a especificação em questão.

Em nossa experiência, a tradução de nível acontece com muito mais frequência em sistemas analógicos do que em sistemas digitais, e ainda assim não existem soluções compactas para implementar tradução de nível analógica em uma PCB. No entanto, a translação analógica continua sendo importante pelos mesmos motivos que nos projetos digitais, e exige mais esforço dos projetistas de circuitos para criar soluções baseadas em circuitos para a tradução de nível. Há maneiras de tornar isso mais compacto para sistemas analógicos e de sinais mistos, que discutiremos neste artigo.

Tradutores de Nível Digitais

A tradução de nível com sinais digitais pode ser realizada montando-se um circuito com componentes discretos, mas, devido à velocidade e à complexidade desses circuitos, faz mais sentido usar um CI tradutor de nível. Esses componentes fornecem tradução direta de nível entre duas tensões para sinais digitais, com tensões fornecidas por fontes de alimentação separadas. Esses componentes são comuns entre os fabricantes de semicondutores e, embora tenham especificações diferentes, podem ter pinagens e encapsulamentos em comum.

Algumas especificações elétricas importantes dos tradutores de nível incluem:

• Interfaces suportadas (I2C, SPI etc.)
• Taxa de variação de saída e limite de frequência de clock/taxa de dados
• Direcionalidade (unidirecional vs. bidirecional)
• Resistência no estado ligado
• Recursos integrados adicionais, como proteção de circuito ou taxa de variação configurável

Normalmente, eles oferecem suporte a interfaces single-ended, que podem ser padronizadas ou simples tradução de nível de GPIO como open-drain ou push-pull. Além disso, alguns componentes podem suportar faixas de tensão de entrada muito amplas em um dos lados do tradutor. Por exemplo, o componente da Renesas número RH4Z2501 também funciona como line driver e pode suportar tensões de entrada de até 36 V.

Em tradutores de nível bidirecionais, a disposição dos pads geralmente é colocada em cada lado do encapsulamento do componente. Um exemplo para o componente da Texas Instruments número TXV0108 (opção de encapsulamento proprietário RGY) é mostrado abaixo. Essa disposição de pinos torna a convergência e a divergência de conexões muito mais simples.

As disposições de pads em tradutores de nível digitais permitem roteamento direto de entrada/saída em cada lado do componente em um layout de PCB.

Circuitos de Tradução de Nível Analógica

A tradução de nível analógica envolve ajustar o nível de um sinal analógico aplicando um offset DC, aumentando/diminuindo a tensão de pico do sinal analógico, ou ambos. Isso normalmente é realizado com circuitos personalizados, geralmente construídos com amplificadores operacionais, e é comum aplicar alguma filtragem adicional no processo de tradução de nível para fins de limpeza de ruído.

Dependendo do engenheiro a quem você perguntar, você encontrará várias maneiras de obter o mesmo tipo e magnitude de tradução de nível aplicada a um sinal analógico, cada uma delas dedicada a um tipo diferente de sinal ou faixa de frequência (ou ambos). Na verdade, essa provavelmente é a razão pela qual tradutores de nível analógicos dedicados com topologia específica nunca foram desenvolvidos como CIs. Dito isso, vimos vários métodos interessantes para implementar tradução de nível com sinais analógicos:

• Soluções baseadas em amplificadores operacionais
• Projetos de cadeia de sinal ADC-MCU-DAC
• Soluções com amplificador operacional + ADC/DAC
• Circuitos baseados em divisor resistivo (para redução de nível)
• Soluções de buffer bidirecional

Esta é apenas uma pequena seleção das abordagens possíveis para tradução de nível com sinais analógicos. Com tantas opções disponíveis, fica claro por que soluções integradas são difíceis de encontrar. É aqui que um processador de sinais mistos pode agregar valor como uma solução integrada para tradução de nível analógica.

Tradução de Nível de Sinais Mistos no GreenPAK

Claramente há muitas soluções para projetos digitais, e é possível criar soluções de tradução de nível para projetos analógicos, mas e quanto às interfaces de sinais mistos? Esses componentes precisariam ser projetados sob medida em silício, e é exatamente isso que é possível com um processador programável de sinais mistos como o GreenPAK.

Em um componente GreenPAK, um projetista pode configurar macrocélulas de sinais mistos para tradução de nível de sinais digitais e analógicos simultaneamente, até mesmo de forma assíncrona. Os dispositivos GreenPAK permitem a tradução simultânea de múltiplos sinais com processamento lógico adicional implementado no dispositivo, conforme necessário. Isso significa que um projetista pode acomodar interfaces digitais padrão, lógica personalizada ou ambos, juntamente com a tradução de nível para sinais analógicos.

Programação gráfica de um componente GreenPAK.

As ferramentas de desenvolvimento do Renesas GreenPAK dão aos projetistas a capacidade de desenvolver CIs totalmente personalizados, digitais, analógicos ou de sinais mistos, que fornecem uma função dedicada de tradução de nível ou tradução de nível como recurso incorporado. Esses processadores programáveis de sinais mistos permitem a consolidação de funções lógicas adicionais instanciadas diretamente em silício, possibilitando sistemas menores e mais eficientes.

Para saber mais, veja os componentes GreenPAK e os exemplos de referência.

• Saiba mais sobre os componentes GreenPAK
• Veja as soluções de tradutor de nível GreenPAK

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