TXS0108电平转换SPI总线的问题

Divingbear

主控芯片是三星的Exynos4412，CAN总线控制器MCP2515，通过SPI总线连接，因为4412是1.8V电平，MCP2515是3.3V电平
中间通过TI的TXS0108做了一个电平转换。
CAN总线控制器电路如下图

电平转换电路图如下图


在实际使用中发现，CAN总线输出数据没有问题，但是接收数据会出现问题。某些数据会变化.
原始数据
fa fb fc fd fe ff 9f 9c
收到数据
ca cb cc cd ce cf 9a 9c
有时候还会出现其他变化

mcp2515和TXS0108的spec如附件



捕获MCP2515管脚处的SPI波形如下图，其中黄色为SCLK,绿色为MOSI,蓝色为MISO,红色为CS

局部放大如下图，可以看到蓝色的SO信号不断的被拉低。SO为B端输入，A端输出，其他信号为B端输出，A端输入


怀疑是A端驱动不足，输出为高的时候，会被拉低，然后导致B端也被拉低。
尝试将此信号跨过TXS0108直接短接，发现波形正常。

也尝试过在TXS0108两端过4.3K电阻拉高，不管是同时拉高，还是A端或者B端单独拉高，都会出现持续的震荡波形，无法接受数据。

请教这种情况还有什么办法能提高TXS0108的驱动能力？
还是说只能替换为74系列？

little_Monkey

用MOS管搭吧，论坛搜AN97055

Divingbear

再补几张图
MCP2515这边发出的数据，FA FB FC FD FE FF 9F C9

过了TXS0108的数据，FA FB FC FD FE FC 1E 09

TXS0108两端SO的波形，黄色为1.8V端的波形，蓝色为3.3V端。可以看到黄色缓慢下降，在0.8V位置拉低了蓝色端

Divingbear

little_Monkey 发表于 2016-2-1 11:06
用MOS管搭吧，论坛搜AN97055

搜不到这个关键词啊。
我这个线数有点多，用MOS管搭可能占用面积有点儿大了。
倒是LCD背光驱动的电平转换我是这么用的。

NJ8888

示波器好

mcu_mouse

用过TXB0102. 1.8V和3.3V转换，波特率115200。之前用的双MOS管转换，但速率可能跟不上，也有可能是电压太低了不好使。所以换的这个片子。之前双MOS的上拉没去掉，导致这个片子通信也不正常。后来仔细看Datasheet后发现用这种芯片不能用上拉。

Divingbear

NJ8888 发表于 2016-2-1 11:34
示波器好

攻（城狮）欲善其事，必先利其器。
我来之前只有两台普源的DS1102U，
我来之后就忽悠领导批了这台安捷伦的3024T

mcu_mouse

little_Monkey 发表于 2016-2-1 11:06
用MOS管搭吧，论坛搜AN97055

双MOS没这个片子稳定。特别是速率高而电压又低的情况。之前用过NTJD4001N的双MOS，速率低点或电压高点还是好用。但用在1.8V，速率就不能太高

Divingbear

mcu_mouse 发表于 2016-2-1 11:40
用过TXB0102. 1.8V和3.3V转换，波特率115200。之前用的双MOS管转换，但速率可能跟不上，也有可能是电压太低 ...

说道波特率，你是用这个片子做UART的电平转换吧？
TXB系列没有内部上拉，不适合用与I2C和1-wire应用。

Divingbear

mcu_mouse 发表于 2016-2-1 11:40
用过TXB0102. 1.8V和3.3V转换，波特率115200。之前用的双MOS管转换，但速率可能跟不上，也有可能是电压太低 ...

TXS系列有智能上拉电阻，Rpua和Rpub。
但是外部上拉的话，我用了4K3的上拉后，波形自激振荡。
换用330R的强上拉，自激振荡倒是没有了，SPI配置波形错误，MCP2515不工作了。

mcu_mouse

Divingbear 发表于 2016-2-1 11:49
TXS系列有智能上拉电阻，Rpua和Rpub。
但是外部上拉的话，我用了4K3的上拉后，波形自激振荡。
换用330R的 ...

TXB的是内部推挽。不用上拉的。上拉电阻不能太小，那个会影响速率的

mcu_mouse

或者楼主可以试着断掉CAN的SI，搞个4K7的电阻到地再量下波形看。看是不是1.8V这端影响了3.3V这边

Divingbear

mcu_mouse 发表于 2016-2-1 12:00
或者楼主可以试着断掉CAN的SI，搞个4K7的电阻到地再量下波形看。看是不是1.8V这端影响了3.3V这边 ...

不是不想这么做，如果断掉SI的话，芯片上电无法初始化，则MCP2515完全不工作。没法测量波形。
因为每次读取数据，都是4412通过SI发送地址码和命令码，由MCP2515响应发送响应寄存器的值，所以即使初始化完成后，再断开线路都是不可行呢。

Divingbear

mcu_mouse 发表于 2016-2-1 12:00
或者楼主可以试着断掉CAN的SI，搞个4K7的电阻到地再量下波形看。看是不是1.8V这端影响了3.3V这边 ...

不过我也是这么你这么想的。
我在三楼放的第三张图，
黄色的1.8V，在缓慢下降，到0.8V的时候，我估计是芯片判断A端输入了一个低，所以把B端（3.3V)强行拉低了。

mcu_mouse

Divingbear 发表于 2016-2-1 12:18
不过我也是这么你这么想的。
我在三楼放的第三张图，
黄色的1.8V，在缓慢下降，到0.8V的时候，我估计是芯 ...

那在CAN的SI串个电容看，然后再量下波形看

sj1125055001

little_Monkey 发表于 2016-2-1 11:06
用MOS管搭吧，论坛搜AN97055

MOS管的速率比较高的时候会有问题

sj1125055001

sj1125055001 发表于 2016-2-1 14:17
MOS管的速率比较高的时候会有问题

我用的是104
ti的这种芯片一般来说是比较靠谱的

可以参考我的这个电路
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你看到的是芯片的输出有异常
可能是芯片的问题
当然，也有可能是电路的问题
------------------------------------
你1.8v的10uf可以删掉试试

Divingbear

mcu_mouse 发表于 2016-2-1 13:25
那在CAN的SI串个电容看，然后再量下波形看

我尝试在SO过了TXS0108后，也就是在1.8V Vcca端做了一个2K的上拉，
输出到4412的数据读取正常了，但是SO电平只有0.8V。
电路改动如下

波形图

可以看到数据正常，但是SO会拉高到1.8V,然后跌落到0.8V附近，没有锯齿波了。
目前想不通为何增加2K的外部上拉，会使电压跌落到0.8V

dr2001

Divingbear 发表于 2016-2-1 15:23
我尝试在SO过了TXS0108后，也就是在1.8V Vcca端做了一个2K的上拉，
输出到4412的数据读取正常了，但是SO ...

检查一下为什么处理器侧有一个比较大的下拉电阻？

看起来是下拉电阻拉低了1.8V侧，导致一个OneShot下拉；然后SO输出高，等一会儿一个正的Shot。

Divingbear

DR2001指出了核心问题。
通过NET NAME可以看出该SPI和I2C复用，而I2C一般都会做上拉处理。
沿着信号线往外购的核心板上追溯，发现在核心板上通过1K电阻拉到VDD18_CAM这个电平上，
而这个电平被软件关闭了，所以实际上该信号是通过1K电阻拉低了。
在焊掉这个电阻后，问题解决，波形正常且编解码正常。
但是TXS0108驱动能力弱的问题还是需要在使用时候注意，因为该核心板是外购的，我们无法控制该电阻的上建与否。
所以我们还是通过软件配置打开了这个电平，而此时量测的SO信号的低电平有380mV的上浮。

dr2001

Divingbear 发表于 2016-2-1 18:16
DR2001指出了核心问题。
通过NET NAME可以看出该SPI和I2C复用，而I2C一般都会做上拉处理。
沿着信号线往外 ...

无方向控制引脚的双向电压转换器，必然不可能是全时PushPull输出的，否则变极性的时候就会直通。
PP输出只能用在边沿上的短时开通用于加速边沿，稳态输出只能依赖上拉下拉电阻（Bus Hold）。

所以，
# 外置的上下拉或者长时间/大幅度的过冲，都可能导致边沿检出，触发OneShot翻转。驱动器侧的信号变化单调性需要保证；外置上下拉导致的两个稳态电平也需要评估。
# 为了确保低电平足够低，转换器中间一般会有个直通的MOSFET，也就是驱动器输出低电平的时候，实际要承受两边的上拉电阻的电流。
# 如果要产生翻转，驱动器的输出电流要足够强才行。具体要看芯片手册了。

little_Monkey

mcu_mouse 发表于 2016-2-1 11:41
双MOS没这个片子稳定。特别是速率高而电压又低的情况。之前用过NTJD4001N的双MOS，速率低点或电压高点还 ...

MOS管我试过上MHz没有问题，电压低就选低Vgs的，用在这里完全没问题

Divingbear

dr2001 发表于 2016-2-1 20:55
无方向控制引脚的双向电压转换器，必然不可能是全时PushPull输出的，否则变极性的时候就会直通。
PP输出 ...

感谢指点，你说的比较简略，大概的意思我能理解，但领悟的不是很透彻。TXS系列本身应该无法选择是PP还是OD输出吧？应根据输入信号来决定？
在我遇到的这个BUG中，SPI是PP输出，SO过TXS0108后，因为后端有1k下拉电阻所以不能保持高电平，持续下落至0.8v，反响拉低了B端的输入信号可对？
之前版本我用的74系列的电平转换芯片（型号明天查一下），同样的软硬件设置，可保持SO过电平转换后不跌落。是两种芯片的结构差异还是驱动能力差异造成不同的表现呢？
如果有相关的文档望分享学习一下。

dr2001

Divingbear 发表于 2016-2-1 23:02
感谢指点，你说的比较简略，大概的意思我能理解，但领悟的不是很透彻。TXS系列本身应该无法选择是PP还是O ...

芯片内部结构框图请参考对应芯片的手册，这样有利于理解。
这类芯片的使用上的问题来自于如何实现“自动”的双向电平转换，并且达到所需的速度。

目前没有详细的技术文档可供参考，但可以参考这些手册：
1、基于MOSFET，两侧上拉的方案：
低Vgs(th)的MOSFET独立实现，PCA9306，TI的LSF系列以及TI的74GTL系列。
2、为了让边沿更陡峭，在1的基础上，加入边沿检测和One Shot驱动器，加速边沿：
TI的TXS系列。因为有PU存在，所以可以支持OC电路。
3、取消直通的MOSFET，检测边沿并One Shot，电平保持用Bus Hold。
TI的TXB系列。因为Bus Hold，这种芯片不能支持OC，只能PP，而且对驱动强度有要求。

对TXS而言，在边沿被检测到之后，引脚是PP的，等一会儿（TXS0108手册指出约30ns，我觉得可能是笔误，从你贴的图上看可能是3ns左右的样子）就变成HiZ+PU的。PP驱动的目的是为了让边沿陡峭。

你遇到其实不是Bug，这就是“自动”双向的正确行为：只要任何一边有信号反相，这个信号就一定会被传递到另一侧。

从事件时序上看，大体是这样，仅供参考理解：
# SO输出High并且一直保持。
# TXS检测到SO侧上升沿，One Shot PP驱动开启，AP侧输出High，可观测到上升沿。

# TXS向AP侧的PP驱动结束，PU电阻开始起作用。
# AP侧强下拉，在TXS PU阶段其下拉和引线/引脚电容一起显现，TXS的AP侧引脚电压逐渐下降。
# TXS AP侧电压达到低电平阈值，TXS认为AP侧出现了低电平，开启向SO侧的One Shot PP，把低电平打过去。此时实际上是3.3V，TXS，SO，GND这样的直通，电压成什么样子就拼驱动能力了。
# 两边电平继续下降，直到一侧电压低于某个阈值，导致直连的Ron约几百Ohm的MOSFET开通；然后由低电平侧拉着对侧一起继续降。
# PP驱动关闭，PU起作用；直通MOSFET继续开启；SO依然驱动为High。这时候等于SO通过MOS给AP侧充电。
# SO侧电平持续上升，超过某个阈值，MOSFET关断。SO侧由SO的PP驱动，电压快速上升。
# SO侧检测到高电平/上升沿，AP方向的PP启动，推出AP侧的上升沿，直到高电平。
循环前边的步骤。。。


所以这种自动双向芯片对过冲什么的都可能会比较敏感。。。有可能放大影响。

ccrt

dr2001 发表于 2016-2-2 09:12
芯片内部结构框图请参考对应芯片的手册，这样有利于理解。
这类芯片的使用上的问题来自于如何实现“自动 ...

牛牛，不错啊

虫虫好

dr2001 发表于 2016-2-1 20:55
无方向控制引脚的双向电压转换器，必然不可能是全时PushPull输出的，否则变极性的时候就会直通。
PP输出 ...

无方向控制引脚的双向电压转换器，必然不可能是全时PushPull输出的，否则变极性的时候就会直通，什么意思  手册TXB不能上拉，  TXS可以 ，保证至少2ma的电流就可以

cay

dr2001 发表于 2016-2-2 09:12
芯片内部结构框图请参考对应芯片的手册，这样有利于理解。
这类芯片的使用上的问题来自于如何实现“自动 ...

厉害啊 学习学习一下

dadian

mark 正在使用这个芯片，学习了

cloudxxcloud

用这个片子，也是spi 信号的，使用mcp2515， 3.3v转5v，1.8v转5v都是失败了，波形异常，驱动能力还是太弱了

mypear

我也用TXS0108E转SPI flash，速度上不去（不过SPI和IIC同在一个芯片转换电平），降低速度（1.625MHz）flash读写正常了。不清楚是不是推挽和开漏确定速度问题