Traductor de voltaje y chip de cambio de nivel

La función principal de un traductor de voltaje y un chip cambiador de nivel es ajustar la amplitud de un voltaje de entrada para generar un voltaje objetivo estable y controlable, cumpliendo así con los requisitos de suministro de energía de diferentes módulos dentro de un sistema. Por tipo de conversión, los convertidores de voltaje se clasifican ampliamente en convertidores CC-CC y convertidores CA-CC. Los convertidores CA-CC se utilizan normalmente para convertir corriente alterna de alto-voltaje de la red eléctrica en corriente continua de bajo-voltaje adecuada para dispositivos electrónicos, y sirve como unidad de conversión de entrada para adaptadores y dispositivos enchufables-. DC-Los convertidores DC son el tipo más adoptado en equipos electrónicos industriales y portátiles, y se pueden dividir en reguladores lineales (LDO) y convertidores de conmutación. Los reguladores lineales logran la regulación de voltaje a través de la caída de voltaje lineal a través de dispositivos semiconductores, presentando una topología de circuito simple, baja ondulación de salida y bajo costo, lo que los hace ideales para aplicaciones de baja-carga-corriente y ruido-sensibles, como fuente de alimentación para módulos de audio analógicos. Sin embargo, su eficiencia energética disminuye a medida que aumenta la diferencia de voltaje de entrada-salida: cuanto mayor es la diferencia de voltaje, mayor es la pérdida de energía. Los convertidores de voltaje conmutados regulan el voltaje de salida controlando el ciclo de trabajo de los transistores de potencia y admiten conversión tanto de aumento como de reducción. Su eficiencia energética generalmente supera el 90%, lo que los hace adecuados para aplicaciones de alta corriente, como procesadores y sistemas de suministro de energía mediante baterías. Las desventajas de los convertidores de voltaje de conmutación incluyen la ondulación y la interferencia electromagnética generada por las operaciones de conmutación, que requieren componentes de filtrado periféricos adicionales para su mitigación. En campos con altos requisitos de alta densidad de potencia, como carga rápida, vehículos de nueva energía y centros de datos, los convertidores de voltaje fabricados con materiales semiconductores de banda prohibida amplia, incluidos el nitruro de galio (GaN) y el carburo de silicio (SiC), pueden admitir frecuencias de conmutación más altas, lo que reduce significativamente el tamaño del producto y mejora la eficiencia de conversión.

La función principal de un chip cambiador de nivel es hacer coincidir las interfaces de señal que funcionan bajo diferentes estándares de nivel lógico, asegurando una transmisión de señal confiable entre dispositivos en diferentes dominios de voltaje. Esencialmente, estos chips sólo convierten la amplitud de voltaje de las señales y no realizan funciones de conversión de fuente de alimentación. En los sistemas electrónicos modernos, diferentes chips a menudo funcionan a diferentes niveles de voltaje: los ejemplos incluyen dispositivos lógicos TTL tradicionales de 5 V, chips FPGA de 3,3 V, microcontroladores de 1,8 V e incluso procesadores de núcleo sub-1V. Dado que sus definiciones de niveles lógicos alto y bajo son inconsistentes, la interconexión directa puede provocar errores de identificación lógica o incluso el desgaste del dispositivo causado por una falta de coincidencia de voltaje, y los cambiadores de nivel están diseñados específicamente para resolver este problema. Los cambiadores de nivel comunes admiten la conversión de nivel bidireccional, mientras que también hay disponibles productos de conversión unidireccional. También se han desarrollado modelos especializados para diferentes interfaces de comunicación: por ejemplo, cambiadores de nivel de uso general-para buses serie generales, incluidos I2C y SPI, así como chips de cambio de nivel dedicados para interfaces de alta-velocidad, incluidos HDMI, USB y bus CAN, que pueden cumplir con los requisitos de diferentes velocidades de transmisión y diferentes protocolos de comunicación. Clasificados por principio de funcionamiento, los cambiadores de nivel se pueden dividir en tipo divisor de voltaje de transistor, tipo de interruptor MOSFET, tipo de controlador de búfer y otras configuraciones. Actualmente, los chips de cambio de nivel integrados presentan un tamaño pequeño y alta confiabilidad, han reemplazado las soluciones de componentes discretos (como resistencias divisoras de voltaje) y se usan ampliamente en escenarios de aplicaciones que requieren comunicación entre dominios de voltaje, incluidos sistemas de procesadores multinúcleo, nodos de sensores de IoT y electrónica automotriz.