在当今科技飞速发展的时代，电子系统正朝着更加紧凑、高效和模块化的方向演进。这一发展趋势使得设计人员在管理不同电压域间通信时面临着前所未有的挑战。其中，<100VDC 架构的兴起成为了一个显著的趋势，像电动汽车 (EV)、机器人以及储能系统中的 48V 系统便是典型代表。这些架构巧妙地避开了高电压设计所带来的复杂性，同时还能实现高效的电力输送，进而推动了更小尺寸和更高集成度设计的实现。与此同时，模块化设计原则也日益盛行，为特定功能定制的优化、可互换组件成为了设计的主流。例如，在电动工具等消费类产品中，单个可互换电池的应用使得充电和多设备管理变得更加便捷。
然而，随着模块化低压系统的广泛应用，新的集成难题也随之而来，即如何实现不同电压域和接地域之间的无缝通信。TI 的 ±80V 接地电平转换器应运而生，如图 1 所示，它能够支持在具有不同接地电位的系统间进行 1.71V 至 5.5V 的电压转换，为实现可靠、紧凑且可扩展的系统设计提供了有力支持。
为了解决 80V 以下电压范围的接地偏移问题，设计人员以往通常采用电流隔离或分立式电平转换器这两种方法。但这两种方法都存在一定的局限性，在复杂性、尺寸和成本方面都需要进行权衡。电流隔离器不仅价格昂贵、体积庞大，而且在数据速率和时序性能方面往往受到限制。分立式电平转换器虽然能够处理单向低速信号，但可靠性较差且难以扩展，其解决方案尺寸大约在 10mm2 至 20mm2 之间。
在模块化设计中，子系统各自拥有独立的电压和接地参考。当这些系统进行集成时，即使接地电位存在微小的差异，也可能会引发信号完整性问题和通信错误。接地偏移主要源于直流偏移或交流接地噪声。直流接地漂移可能是由于走线电阻或较长的电缆导致电压差异。在多域系统中，由于局部负载电流或不对称的接地拓扑结构，一个域可能会比另一个域 “浮动” 几伏。例如，一个子系统通过短而宽的走线连接到主接地，而另一个子系统通过长而窄的走线连接到接地平面。
在数字、模拟和电源电路共存的混合信号系统中，交流接地噪声较为常见。在电源侧，该噪声源于开关电源元件所产生快速变化的大返回电流。在数字侧，高速信号转换可以将瞬态电流注入数字接地。这些波动会改变本地接地电位，干扰假定共地参考的子系统之间的通信。
TI 的接地电平转换器专为低压系统设计，具有诸多优势。它支持将 I/O 电压电平从 1.71V 转换到 5.5V，能够解决高达 ±80V 的直流接地偏移和高达 140Vpp 的 1MHz 交流噪声抑制。其尺寸仅为更复杂解决方案的七分之一，成本为其一半。TXG8041 支持传播延迟 <5ns，通道间偏斜为 0.35ns 的推挽输出，从而实现高达 250Mbps 的系统间实时通信快速数据处理。TXG8122 支持开漏配置（包括 I2C），功耗仅为现有解决方案的一半，可限度地降低功耗，从而延长电池寿命并降低热负荷。这些转换器通过小至 2.25mm2 的封装实现紧凑设计，并通过多种通道类型和配置提供可扩展性。
在 48V 架构中，该接地电平转换器也有着重要的应用。48V 架构逐渐受到 EV 制造商的青睐，电子产品设计遵循国际标准化组织的 21780 标准，该标准要求对接地偏移进行特定测试，以确保在不同接地电位下工作的器件之间进行可靠通信。在此类系统中，工作在 48V 的控制模块可能需要与 12V 传感器进行通信，即使由于布局或负载条件存在几伏特的接地偏移。TXG8041 支持在 ±80V 接地偏移的不匹配域之间通信，覆盖 48V 电池系统的瞬态，并通过更快的数据速率和低传播延迟支持更高速度的 SPI 通信。
在启动电池组监测方面，电器、电动自行车和储能系统等电池供电系统越来越多地采用堆叠式电池监测器，以支持更高的电压和更长的运行时间。在这些架构中，每个监控器负责测量电池组的一部分。顶部监控器的接地参考电压通常接近整个电池组电压的一半（如 24V），因此与系统微控制器 (MCU) 的接地参考电压不同，导致无法直接通信。这种有意的拓扑结构引入了接地偏移。TXG8122 支持 MCU 和电池监测器之间的常用的 I2C 通信。此器件还可降低静态总线条件下的功耗，同时其 4mm2 封装便于小型化并灵活地集成到模块化系统中。
