【应用】小体积封装的电平转换器SGM4553应用于智能门锁NB-IOT模块与MCU 1.8V/3.3V转换，可节省空间

时间： 2020-06-11 来源：世强

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随着智能家居的兴起，智能门锁也变得越来越火爆。与传统锁厂相比，智能门锁功能很强大，比如可以通过指纹、密码、蓝牙、NB-IOT网络等进行开锁，开锁方式多种多样使其变得更加方便快捷。而且智能门锁市场占有率越来越高，于是与传统锁厂进行合作，进行了智能门锁的开发设计。智能门锁硬件涉及到很多功能模块，基本功能框图如下所示：

图1 智能门锁功能框图

智能门锁基于功能框图可进行模块化设计，本篇文章重点介绍下NB-IOT与MCU之间的硬件设计。在设计中使用了中移物联网NB-IOT模组M5311-LV，其功耗水平较低且支持内部SIM，无须外部SIM卡槽，节省空间。M5311-LV信号IO电平是1.8V，而MCU是使用3.3V进行供电的信号IO电平为3.3V，MCU与M5311-LV使用UART进行通信，波特率为115200bps，由于电平不一致两者不能直接连接，否则MCU的高电平会将M5311-LV模组烧毁。于是需要添加电平转换器件，M5311-LV模块手册给出的推荐电路如下图所示。由图可知，需要使用三极管电阻电容搭建，外围器件较多占用空间大且设计复杂，三极管选型不当还会影响传输速率。

图2 三极管转换电路

于是考虑使用集成芯片的形式，这样会使设计简单外围器件少，还能保证传输速率且更加稳定。本文推荐使用圣邦微电子推出的一款双向双通道电平转换器SGM4553，不需要方向控制信号，支持SOT-23-8和XTDFN-1.4x1-8L两种小封装，引脚定义如图3，可以大大减少外围器件数量，减少了空间尺寸。且作为芯片比起分立元件稳定性更高，传输速率上也会更高速稳定。UART通信使用TX 和RX两根信号线且波特率为115200bps，而芯片具有2通道且开漏输出时传输速率可达2Mbps，另外推挽输出时传输速率可达24Mbps。端口A供电电压范围为1.65~5.5V，端口B供电电压范围为2.3~5.5V，需要保证VCCA≤VCCB，高达5.5V的供电电压可以满足于1.8V/3.3V电平转换。综上所述，SGM4553是非常适用于本项目中两线UART之间的电平转换。于是在项目中进行了使用，原理图如图4所示：

图3 SGM4553引脚定义

图4 原理图

进行了PCB设计，PCB局部图如下所示，U16为M5311-LV模组，U17为SGM4553。

图5 PCB局部图

于是进行了打板验证。下图是测试波形，UART波特率为115200bps，黄色波形是MCU侧UART 3.3V波形，蓝色波形是M5311-LV模组侧1.8V波形：

图6 测试波形1

局部放大图如下图所示，可以看出示波器测出的负脉宽为8.698us，其代表了1bit数据的时间，波特率为115200bps，换算成1bit所传输的理论时间为1/115200≈8.68us，理论计算8.68us和示波器测量很接近，波形无异常。

图7 测试波形2

综上所述，圣邦微电子SGM4553可应用于智能门锁NB-IOT与MCU 1.8V IO电平与3.3V IO 电平之间的转换，测试115200波特率下波形正常，传输数据正常。使用SGM4553芯片可减少外围器件使设计更简洁且更稳定。

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