经典的MOS管电平转换电路

经典的MOS管电平转换电路

各电路模块间经常会出现电压域不一致的情况,所以模块间的通讯就要使用电平转换电路了。

经典的MOS管电平转换电路_第1张图片
上图是用MOS管实现的I2C总线电平转换电路,实现3.3V电压域与5V电压域间的双向通讯。挂在总线上的有3.3V的器件,也有5V的器件。

原理分析:

简化来看,留下I2C的一根线来分析就可以了,如下图。
经典的MOS管电平转换电路_第2张图片
分四种情况:
1、当SDA1输出高电平时:MOS管Q1的Vgs = 0,MOS管关闭,SDA2被电阻R3上拉到5V。
2、当SDA1输出低电平时:MOS管Q1的Vgs = 3.3V,大于导通电压,MOS管导通,SDA2通过MOS管被拉到低电平。
3、当SDA2输出高电平时:MOS管Q1的Vgs不变,MOS维持关闭状态,SDA1被电阻R2上拉到3.3V。
4、当SDA2输出低电平时:MOS管不导通,但是它有体二极管!MOS管里的体二极管把SDA1拉低到低电平,此时Vgs约等于3.3V,MOS管导通,进一步拉低了SDA1的电压。
注:
低电平指等于或接近0V。
高电平指等于或接近电源电压。所以3.3V电压域的器件,其高电平为等于或接近3.3V;5V电压域的器件,其高电平为等于或接近5V。
具体要求看芯片的数据手册是怎么说明这个限定范围的,常见的比如说0.3倍的“芯片供电电压”以下为低电平,0.7倍的“芯片供电电压”以上为高电平。也就是说“芯片供电电压”为5V的时候,5 x 0.3 = 1.5V 以下为低电平,5 x 0.7 = 3.5V 以上为高电平。
经典的MOS管电平转换电路_第3张图片
二、注意事项:
以上是3.3V与5V之间的情况,如果换用其他电压域之间的转换,如3.3V、2.5V、1.8V等电压值的两两之间,需要注意MOS管的Vgs开启导通电压。
给MOS管过高的Vgs会导致MOS管烧坏!给过低的Vgs会导致MOS管打不开!不同型号的MOS管这个参数值还不一样!!!
经典的MOS管电平转换电路_第4张图片
举例:其中一个厂家生产的2N7002的数据手册,Vgs不能超过正负20V

再来看一下,设计电路时Vgs可能设计过小的情况,下图是2N7002的数据手册。
举例:其中一个厂家生产的2N7002的数据手册,Vgs的开启电压为1V
实际使用时为保证完全开启、完全导通,设计上要多预留余量,比如实际电路中Vgs起码给到1.8V。因为1.8V的设计参数接近数据手册标注的1V临界值,尤其注意用实验验证,确保万无一失。

三、总结:
3.3V跟5V互转的电路已经是一个经典电路,实在是硬件设计师居家旅行、护院看家,必备良药!

版权声明: LR梁锐 发表于 2018年11月30日15:37:51,共 1575 字。
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