润石科技电平转换芯片RS0102在超低功耗系统中的应用

随着穿戴设备越来越流行，以及一些特殊应用的设备越来越小型化，电池供电的产品对功耗提出了更高的要求。通常在设计电路的时候，大家会着重地考虑原本功耗较大的器件如何来降低功耗，如处理器芯片，电源芯片等，而忽略了一些看起来不那么“起眼”的元件。例如电平转换芯片，相对于主芯片来说功耗较小，但是通过一些选料的优化，在超低功耗系统中仍然可以达到进一步优化功耗的目的。

项目应用

在已经完成的超低功耗定位器产品中，处理器采用的是有方N27 CAT1模块，MCU采用的是BLE芯片，CAT1模块和BLE芯片通过串口连接。其中CAT1模块串口电平为1.8V，BLE芯片的串口电平为3.3V，所以采用电平转换芯片来连接。如图1所示：

图1 串口数据连接方式

电平转换芯片选择润石科技的RS0102芯片，由于定位器产品电路板比较紧凑，所以我们选择最小封装为XTDFN-1_4X1-8L的型号，即RS0102YUTDS8。

1. 主要参数如下：

（1）2 bits电平转换；

（2）速率：24Mbps（推挽模式）

                   2Mbps（开漏模式）；

（3）A端口：1.65V~5.5V

         B端口：2.3V~5.5V；

（4）支持部分断电模式操作。

其中通道数和转换电平等参数都符合要求。

2.  由RS0102芯片规格书提取的部分数据如表1，静态（不使能）情况下，A ports和B ports最大电流都为0.5μA，功耗极低。

表1 静态电流

3. 由RS0102芯片规格书提取的部分数据如表2，芯片工作（使能）情况下，A ports最大电流为2.5μA，B ports最大电流为10μA。

表2 工作电流

原理图如图2，具体为：

1. 1.8VD_OFF为可控电源，由BLE控制开关，使用时才打开供电；

2. 3.3VD为BLE供电电源，为常供电；

3. UART1接CAT1模块，UART 2接BLE；

4. 第5脚为使能脚，用100K上拉到1.8VD_OFF，串口使用时才使能，100K电阻可以进一步减小电流。

图2 RS0102原理图

测试结果

功耗测试从静态电流和工作电流两方面来测试，结果如表3。

1. 静态电流测试方法，RS0102芯片贴在板子上且1.8VD_OFF不供电，此时的整板电流为I1，取掉之后电流为I2，其差值I1-I2即为静态电流；

2. 工作电流测试是用软件控制1.8VD_OFF打开，此时使能脚也打开，整板电流为I3，则I3-I2即为工作电流。

表3 电流测量结果

从表格可以看出，选用RS0102电平转换芯片可以获得极低的功耗，特别是对于有长期休眠状态的设备来说，其静态功耗更是微乎其微。可以极大的减小功耗，增长续航时间。

PCB设计图（图3）

图3 PCB设计图

注意要点：

1. 左侧两个电容分别为A ports和B ports的电源去偶电容，一定要尽可能与芯片引脚靠近放置，以达到更好的去偶效果；

2. RS0102YUTDS8封装尺寸为1.4x1mm，外形较小，为了方便调试焊接和提高产线贴片的良率，PCB封装引脚需要向外适当加长一些。

实物图