常用的电平转换方法

在电路设计过程中,会碰到处理器MCU的I/O电平与模块的I/O电平不相同的问题,为了保证两者的正常通信,需要进行电平转换。

几个关键问题:

1 解决电平转换问题,最根本的就是要解决电平的兼容问题,而电平兼容原则有两条:①VOH>VIH②VOL ⒉对于多电源系统,某些器件不允许输入电平超过电源电压,针对有类似要求的器件,电路上应适当做些保护。
电平转换电路会影响通信速度,所以使用时应当注意通信速率上的要求。
⒋不同转换方式的驱动能力有所不同,在选择上应适当地加以考虑。
⒌当需要转换的路数较多时,转换方式选择不当将会导致元器件较多,或布线不方便。

查了几个比较常用且方便的电平匹配方法,一般而言,在芯片手册上会有电平匹配的推荐电路:

1.电阻分压法。最简单的降低电平的方法。5V电平,经1.6k+3.3k电阻分压,就是3.3V;

2.二极管钳位法;

    3.3V到5V的转换:

    图示电路中,当3.3V系统输出低电平时,由于K2的钳位作用,使得5V输出端会得到0.7V~1.2V的低电压,低于其最高不超过1.5V的低电平阈值。当3.3V系统输出高电平时,由于K1的钳位作用,使5V输出端会得到约4V的高电平电压,高于其最低不低于3.5V的高电平阈值。该电路方法比较简单,能够很方便的实现电平转换,完全满足一般的开关量输入/输出对传输速率的要求,而且能够满足9600,19200等常用通讯传输速率,使用这种方法都没有问题。

常用的电平转换方法_第1张图片

   

    5V到3.3V的转换

    如图所示,利用二极管的钳位作用,将5V电平转换为3.3V电平,选用低压降的肖特基二极管完全可以把输出高电平电压限制在3.5V以内。R1的作用是限流,但串联了限流电阻R1会降低输入开关的速度,不过,对于一般的开关量输入/输出完全满足要求,同样能够满足9600,19200等常用通讯传输速率通讯电路的要求。采用此电路时,如果电阻R1选择的过小会通过二极管K1向3.3V电源输入电流,电流过高的话可能会使3.3V电源电压略微升高,计算电阻R1时需加注意。

常用的电平转换方法_第2张图片

3.晶体管+上拉电阻;

常用的电平转换方法_第3张图片

       当GPRS模块TXD为高电平时,由于Q1的Ve=Vb,三极管截止,上拉电阻R1将MiniARM的RXD拉高到高电平。
  
  当GPRS模块TXD为低电平时,由于Q1的Ve   
  当MiniARM的TXD为高电平时,由于Q2的Ve>Vb,三极管截止,上拉电阻R5将GPRS模块的RXD拉到高电平。
  
  当MiniARM的TXD为低电平时,由于Q2的Ve   
  在选择集电极上拉电阻的阻值时,需要考虑输入的通信速率和上拉电阻上的电流消耗。减小上拉电阻阻值,可以提高通信速度,获取更短的开关时间,但却增大了低电平时电阻上的电流消耗。增大电阻阻值,开关时间延长,通信速度降低。

4.MOS管+上拉电阻;

采用MOSFET器件实现电平转换,该设计方法跟方法3相似。

常用的电平转换方法_第4张图片

5.电平转换芯片.成本较高。

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