電平轉換電路的設計方法介紹

為什么要進行電平轉換？

電平轉換針對的是兩個或者兩個以上的CPU之間的通訊需要進行的一種轉換技術，兩個CPU如果供電電壓不一樣，比如一個是1.2V，另一個是3.3V，那么在電平不匹配的情況下工作，會造成信號傳輸出錯；如果二者電壓相差較大，嚴重的可能會損壞芯片。

電平轉換電路兩種設計方向：

一、專用的電平轉換芯片

多種多樣的電平轉換芯片為不同電壓域之間的數據通訊及控制提供了方便。如下圖 1 是一款比較常用的轉換芯片，作為一款雙電源供電的雙向電平轉換芯片，通過檢測外部端口的驅動電流來判別轉換方向，因此不需要外部的方向控制管腳來選擇控制器件轉換的方向。工程師在使用它時非常省事，軟件上也無需考慮何時應該去更改它的轉換方向。

圖 1 雙電源供電的雙向電平轉換芯片

二、分立元器件搭建

分立器件搭建電平轉換電路的方式有很多，如下圖 2 為一款單項電平轉換的分立電路。其實現原理如下，左側IN為輸入，右側OUT為輸出，VDDA與VDDB分別為相互轉換的兩個不同的電壓域。當IN輸入0V時，三極管Q1導通，OUT被拉低到接近0V電平，實現低電平轉換；當IN輸入高電平(VDDA)時，三極管Q1截止，此時OUT被上拉至VDDB，從而實現高電平轉換。此電路屬于單向轉換電路，轉換方向為IN輸入，OUT輸出，簡單易用。

圖 2 單向電平轉換電路 a

下面再介紹一種單向轉換的電路，如下圖 3 實現原理如下：當輸入IN為低電平時，三極管Q1關斷，三極管Q2導通，輸出OUT被拉低，從而實現低電平轉換；當輸入IN為高電平(VDDA)時，三極管Q1導通，從而三極管Q2被拉低關斷，從而輸出OUT被R4拉高到VDDB，從而實現高電平轉換。此電路只能實現左側IN輸入，右側OUT輸出，不能反向轉換。

圖 3 單向電平轉換電路 b

最后再介紹一種雙向轉換的電路，此電路比較常用。

圖 4 雙向電平轉換電路

如上圖 4 所示是常用的分立器件搭的電平轉換電路，具體工作過程如下：

1、當Net1輸出高電平時，MOS管Q1的Vgs=0，MOS管關閉，Net2被電阻R2上拉到5V；

2、當Net1輸出低電平時，MOS管Q1的Vgs=3.3V，大于導通電壓閾值，MOS管導通，Net2通過MOS管被拉低到低電平；

3、當Net2輸出高電平時，MOS管Q1的Vgs不變，MOS管維持關閉狀態，Net1被電阻R1上拉到3.3V；

4、當Net2輸出低電平時，MOS管Q1不導通，MOS管先經過體二極管把Net1拉低到低電平，此時Vgs≈3.3V，MOS管導通，進一步拉低Net的電壓；

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