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2022-11-29 14:06
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本人微信公众号文章链接: https://mp.weixin.qq.com/s/T7jMRq1iXbsW0nqfTJQyPQ 在电子产品中,不同芯片的供电电压不同,导致某些芯片之间的通信信号电平不同,无法直接相互连接。例如高通8155的IO是1.8V电压域,而瑞萨RH850的IO端口是3.3V电压域。它们之间的SPI、I2C等通信信号之间需要添加电平转换电路。 例如TI的 SN74LVC1T45-Q1就是一颗车规级别的双向电平转换芯片。使用时需要注意两边端口电压是否与期望设计匹配。同时还要考虑信号速度。这颗SN74LVC1T45在1.8V电平时,只能支持到75Mbps。如果是将其用在BT655或者USB2.0的传输中,是不合适的。 除了专用的电平转换芯片,也可以通过MSOFET搭建简易的电平转换电路,在I2C、UART等低速通信信号中还是蛮实用的。 下图是用2N7002搭建的电平转换电路。Device1是1.8V设备,Device2是3.3V设备。 注:下图是2N7002的电路示意图,它内部有体二极管。因为LTspice中没有带体二极管的元件符号,因此在仿真电路中未体现出此体二极管,但是电路运行时此体二极管是起作用的。 首先看Device1向Device2发送H信号或者L信号。仿真电路如下 : V3是信号源,R3是负载。 当数据线上没有数据发送时, 两边都没有主动去拉低总线,因此MOS管也不导通,都因为各自的上拉电阻存在,左边为高电平1.8V,右边为高电平3.3V。 当左边需要发送数据H到右边时,即Va为高电平1.8V,MOS管的Vgs=0,不导通,同时MOS管内部的体二极管截止。右边因为上拉电阻的存在,Vb电平保持为3.3V。即可看作左边将数据H发送到右边。 当左边需要发送数据L到右边时,即Va为低电平0V,Vgs=1.8V,MOS管导通,同时MOS管内部的体二极管仍旧截止。右边电压就跟左边电平一样了,即Vb为低电平0V。即可看作左边将数据L发送到右边。 其次看Device2向Device1发送H信号或者L信号。仿真电路如下 : V6是信号源,R6是负载。 当右边需要发送数据H到左边时,即Vd为高电平3.3V,左边Vgs≈1.8V,所以MOS管不导通,同时MOS管内部的体二极管截止。左边保持上拉电平1.8V。即可看作右边将数据H正常发送到左边。 当右边需要发送数据L到左边时 ,即Vd为低电平0V时,因为MOS管体二极管的存在,体二极管导通,MOS管的S极被拉低,Vgs接近1.8V,MOS管导通,进一步导致左边和右边电平一样,为0V。即可看作右边正常将数据L发送到左边。 注意事项: MOS管的接入方法:MOS管的S极要接到低电源那边,不能接反。 MOS管的选型:MOS管的导通电压需要注意。MOS管导通电压门限(Vgsth里面的最大值)需要小于低电源电压。 如下图是2N7002K的spec。1V