在當(dāng)今科技飛速發(fā)展的時(shí)代，電子系統(tǒng)正朝著更加緊湊、高效和模塊化的方向演進(jìn)。這一發(fā)展趨勢(shì)使得設(shè)計(jì)人員在管理不同電壓域間通信時(shí)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。其中，<100VDC 架構(gòu)的興起成為了一個(gè)顯著的趨勢(shì)，像電動(dòng)汽車 (EV)、機(jī)器人以及儲(chǔ)能系統(tǒng)中的 48V 系統(tǒng)便是典型代表。這些架構(gòu)巧妙地避開(kāi)了高電壓設(shè)計(jì)所帶來(lái)的復(fù)雜性，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)高效的電力輸送，進(jìn)而推動(dòng)了更小尺寸和更高集成度設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)。與此同時(shí)，模塊化設(shè)計(jì)原則也日益盛行，為特定功能定制的優(yōu)化、可互換組件成為了設(shè)計(jì)的主流。例如，在電動(dòng)工具等消費(fèi)類產(chǎn)品中，單個(gè)可互換電池的應(yīng)用使得充電和多設(shè)備管理變得更加便捷。

然而，隨著模塊化低壓系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，新的集成難題也隨之而來(lái)，即如何實(shí)現(xiàn)不同電壓域和接地域之間的無(wú)縫通信。TI 的 ±80V 接地電平轉(zhuǎn)換器應(yīng)運(yùn)而生，如圖 1 所示，它能夠支持在具有不同接地電位的系統(tǒng)間進(jìn)行 1.71V 至 5.5V 的電壓轉(zhuǎn)換，為實(shí)現(xiàn)可靠、緊湊且可擴(kuò)展的系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了有力支持。

為了解決 80V 以下電壓范圍的接地偏移問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員以往通常采用電流隔離或分立式電平轉(zhuǎn)換器這兩種方法。但這兩種方法都存在一定的局限性，在復(fù)雜性、尺寸和成本方面都需要進(jìn)行權(quán)衡。電流隔離器不僅價(jià)格昂貴、體積龐大，而且在數(shù)據(jù)速率和時(shí)序性能方面往往受到限制。分立式電平轉(zhuǎn)換器雖然能夠處理單向低速信號(hào)，但可靠性較差且難以擴(kuò)展，其解決方案尺寸大約在 10mm2 至 20mm2 之間。

在模塊化設(shè)計(jì)中，子系統(tǒng)各自擁有獨(dú)立的電壓和接地參考。當(dāng)這些系統(tǒng)進(jìn)行集成時(shí)，即使接地電位存在微小的差異，也可能會(huì)引發(fā)信號(hào)完整性問(wèn)題和通信錯(cuò)誤。接地偏移主要源于直流偏移或交流接地噪聲。直流接地漂移可能是由于走線電阻或較長(zhǎng)的電纜導(dǎo)致電壓差異。在多域系統(tǒng)中，由于局部負(fù)載電流或不對(duì)稱的接地拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，一個(gè)域可能會(huì)比另一個(gè)域 “浮動(dòng)” 幾伏。例如，一個(gè)子系統(tǒng)通過(guò)短而寬的走線連接到主接地，而另一個(gè)子系統(tǒng)通過(guò)長(zhǎng)而窄的走線連接到接地平面。

在數(shù)字、模擬和電源電路共存的混合信號(hào)系統(tǒng)中，交流接地噪聲較為常見(jiàn)。在電源側(cè)，該噪聲源于開(kāi)關(guān)電源元件所產(chǎn)生快速變化的大返回電流。在數(shù)字側(cè)，高速信號(hào)轉(zhuǎn)換可以將瞬態(tài)電流注入數(shù)字接地。這些波動(dòng)會(huì)改變本地接地電位，干擾假定共地參考的子系統(tǒng)之間的通信。

TI 的接地電平轉(zhuǎn)換器專為低壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具有諸多優(yōu)勢(shì)。它支持將 I/O 電壓電平從 1.71V 轉(zhuǎn)換到 5.5V，能夠解決高達(dá) ±80V 的直流接地偏移和高達(dá) 140Vpp 的 1MHz 交流噪聲抑制。其尺寸僅為更復(fù)雜解決方案的七分之一，成本為其一半。TXG8041 支持傳播延遲 <5ns，通道間偏斜為 0.35ns 的推挽輸出，從而實(shí)現(xiàn)高達(dá) 250Mbps 的系統(tǒng)間實(shí)時(shí)通信快速數(shù)據(jù)處理。TXG8122 支持開(kāi)漏配置（包括 I2C），功耗僅為現(xiàn)有解決方案的一半，可限度地降低功耗，從而延長(zhǎng)電池壽命并降低熱負(fù)荷。這些轉(zhuǎn)換器通過(guò)小至 2.25mm2 的封裝實(shí)現(xiàn)緊湊設(shè)計(jì)，并通過(guò)多種通道類型和配置提供可擴(kuò)展性。

在 48V 架構(gòu)中，該接地電平轉(zhuǎn)換器也有著重要的應(yīng)用。48V 架構(gòu)逐漸受到 EV 制造商的青睞，電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的 21780 標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)接地偏移進(jìn)行特定測(cè)試，以確保在不同接地電位下工作的器件之間進(jìn)行可靠通信。在此類系統(tǒng)中，工作在 48V 的控制模塊可能需要與 12V 傳感器進(jìn)行通信，即使由于布局或負(fù)載條件存在幾伏特的接地偏移。TXG8041 支持在 ±80V 接地偏移的不匹配域之間通信，覆蓋 48V 電池系統(tǒng)的瞬態(tài)，并通過(guò)更快的數(shù)據(jù)速率和低傳播延遲支持更高速度的 SPI 通信。

在啟動(dòng)電池組監(jiān)測(cè)方面，電器、電動(dòng)自行車和儲(chǔ)能系統(tǒng)等電池供電系統(tǒng)越來(lái)越多地采用堆疊式電池監(jiān)測(cè)器，以支持更高的電壓和更長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間。在這些架構(gòu)中，每個(gè)監(jiān)控器負(fù)責(zé)測(cè)量電池組的一部分。頂部監(jiān)控器的接地參考電壓通常接近整個(gè)電池組電壓的一半（如 24V），因此與系統(tǒng)微控制器 (MCU) 的接地參考電壓不同，導(dǎo)致無(wú)法直接通信。這種有意的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)引入了接地偏移。TXG8122 支持 MCU 和電池監(jiān)測(cè)器之間的常用的 I2C 通信。此器件還可降低靜態(tài)總線條件下的功耗，同時(shí)其 4mm2 封裝便于小型化并靈活地集成到模塊化系統(tǒng)中。