2014-2-16 16:01:22 [显示全部楼层]
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[电路] 一个IIC的5V和3.3V电平转换的经典电路分享

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111.jpeg
在电平转换器的操作中要考虑下面的三种状态:1   没有器件下拉总线线路。“低电压”部分的总线线路通过上拉电阻Rp 上拉至3.3V。 MOS-FET 管的门极和源极都是3.3V, 所以它的VGS 低于阀值电压,MOS-FET 管不导通。这就允许“高电压”部分的总线线路通过它的上拉电阻Rp 拉到5V。此时两部分的总线线路都是高电平,只是电压电平不同。2    一个3.3V 器件下拉总线线路到低电平。MOS-FET 管的源极也变成低电平,而门极是3.3V。 VGS上升高于阀值,MOS-FET 管开始导通。然后“高电压”部分的总线线路通过导通的MOS-FET管被3.3V 器件下拉到低电平。此时,两部分的总线线路都是低电平,而且电压电平相同。3    一个5V 的器件下拉总线线路到低电平。MOS-FET 管的漏极基底二极管“低电压”部分被下拉直到VGS 超过阀值,MOS-FET 管开始导通。“低电压”部分的总线线路通过导通的MOS-FET 管被5V 的器件进一步下拉到低电平。此时,两部分的总线线路都是低电平,而且电压电平相同。这三种状态显示了逻辑电平在总线系统的两个方向上传输,与驱动的部分无关。状态1 执行了电平转换功能。状态2 和3 按照I2C 总线规范的要求在两部分的总线线路之间实现“线与”的功能。除了3.3V VDD1 和5V VDD2 的电源电压外,还可以是例如:2.5V VDD1 和12V VDD2。 在正常操作中,VDD2必须等于或高于VDD1(在开关电源时允许VDD2 低于VDD1)。

MOS-N 场效应管 双向电平转换电路 -- 适用于低频信号电平转换的简单应用 222.jpeg

如上图所示,是 MOS-N 场效应管 双向电平转换电路。
双向传输原理:
为了方便讲述,定义 3.3V 为 A 端,5.0V 为 B 端。

A端输出低电平时(0V)  ,MOS管导通,B端输出是低电平(0V)
A端输出高电平时(3.3V),MOS管截至,B端输出是高电平(5V)
A端输出高阻时(OC)    ,MOS管截至,B端输出是高电平(5V)

B端输出低电平时(0V)  ,MOS管内的二极管导通,从而使MOS管导通,A端输出是低电平(0V)
B端输出高电平时(5V)  ,MOS管截至,A端输出是高电平(3.3V)
B端输出高阻时(OC)    ,MOS管截至,A端输出是高电平(3.3V)

优点:
1、适用于低频信号电平转换,价格低廉。
2、导通后,压降比三极管小。
3、正反向双向导通,相当于机械开关。
4、电压型驱动,当然也需要一定的驱动电流,而且有的应用也许比三极管大。


Youyou  初级技匠

发表于 2014-3-4 00:56:47

好详细的分析过程呀,受益匪浅啊:victory:
这个应该也适用于5V和3.3V串口电平的转换吧。
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Eric  初级技神
 楼主|

发表于 2014-3-7 11:26:59

Youyou 发表于 2014-3-4 00:56
好详细的分析过程呀,受益匪浅啊
这个应该也适用于5V和3.3V串口电平的转换吧。 ...

当然适应了~高频的话我还没有测试过呢~
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Youyou  初级技匠

发表于 2015-2-3 17:31:21

刚才无意中发现了一个比较适合的场效应管2N7002,从数据手册上看,它的高频特性更好,更适合用在这个电路里。
N-channel enhancement mode field effect transistor, designed for high speed.
Input Capacitance:20pF
Output Capacitance:11pF
Turn-On Time:20ns
Turn-Off Time:20ns
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Eric  初级技神
 楼主|

发表于 2015-2-3 18:36:23

Youyou 发表于 2015-2-3 17:31
刚才无意中发现了一个比较适合的场效应管2N7002,从数据手册上看,它的高频特性更好,更适合用在这个电路里 ...

看样子还可以嘛,接下来就要用硬件和示波器来实际检查一下高低电平转换时间到底要多久了,看看给的数据和实际数据是否吻合了
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