双向电平切换电路,不同电平之间也可双向通信

发布时间:2024-12-05 10:48:58  

在当前电子设计行业中,芯片最常见的供电电压是5V和3.3V,有些低功耗的芯片电压甚至更低。当供电电压不同的芯片进行通信时,相互之间电平不匹配就会影响通信质量,造成通信失败,甚至会损伤芯片,这时候就需要在通信双方之间加电平切换电路了(Level Shift)。

最常见的通信是UART(TTL电平),UART的两根RXD和TXD是单向通信,这时候可以用如下简单电路。

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分析一下电路:

5V发送3.3V接收电路(上),只需要通过R1,R2的分压后就能得到3.3V电平信号。

3.3V发送5V接收电路(下),通过Q1和Q2,可以将信号转换成5V电平信号。

在后来的电路设计中发现这种电平转换电路只适用与单向通信,当遇到双向通信时就不好使了。比如IIC总线和单总线通信就不能使用此电路。在苦苦寻觅下一种 新的、可以双向传输的Level Shift电路 闪亮的登场,噔噔蹬蹬……

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分析一下电路:

3.3V信号向5V传输:

当3.3V信号端为高电平时,Q1的Vgs电压为0,Q1截止,此时5V信号端受上拉电阻R2作用,电平上拉到5V。当3.3V信号端为低电平时,Q1的Vgs电压为3.3V,Q1导通,此时5V信号端受3.3V信号端作用,电平为0。

5V信号向3.3V传输:

当5V信号端为高电平时,Q1的Vgs电压为0,Q1截止,此时3.3V信号端受上拉电阻R1作用,电平上拉到3.3V。当5V信号端为低电平时,3.3V信号端受Q1内部寄生二极管的作用电压下降,当下降到一定程度,Q1的Vgs电压会使Q1导通,此时3.3V信号端受5V信号端作用,电平为0。

注意事项:

1、Q1可以换成其它型号的NMOS,但要注意Vgs开启电压要小于3.3V。

2、Q1为NMOS,Q1导通时,DS两端导通,此时DS之间相当于是导线(内阻只有几十mΩ),电流既能从D端流向S端,也可以从S端流向D端,这点和NPN三极管有很大不同,很多对MOS管不熟悉的童鞋要注意了!

文章来源于:电子工程师笔记    原文链接
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