芯耀
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電平轉(zhuǎn)換在電路設(shè)計(jì)中非常常見(jiàn)，因?yàn)樽鲭娐吩O(shè)計(jì)很多時(shí)候就像在搭積木，這個(gè)電路模塊，加上那個(gè)電路模塊，拼拼湊湊連起來(lái)就是一個(gè)電子產(chǎn)品了。而各電路模塊間經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電壓域不一致的情況，所以模塊間的通訊就要使用電平轉(zhuǎn)換電路了。
上圖是用 MOS 管實(shí)現(xiàn)的 I2C 總線電平轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn) 3.3V 電壓域與 5V 電壓域間的雙向通訊。掛在總線上的有 3.3V 的器件，也有 5V 的器件，通過(guò)這個(gè)電路，大家就可以愉快地玩耍聊天了。
實(shí)物對(duì)照?qǐng)D如下。實(shí)物的上拉電阻用了 4.7K 歐姆，可以提供更大的電流驅(qū)動(dòng)能力。在滿足電路性能的前提下，我喜歡用阻值更大的電阻，因?yàn)楣母透‰姟?/p>
原理分析
簡(jiǎn)化來(lái)看，留下 I2C 的一根線來(lái)分析就可以了，如下圖。
分四種情況：
1、當(dāng) SDA1 輸出高電平時(shí)：MOS 管 Q1 的 Vgs = 0，MOS 管關(guān)閉，SDA2 被電阻 R3 上拉到 5V。
2、當(dāng) SDA1 輸出低電平時(shí)：MOS 管 Q1 的 Vgs = 3.3V，大于導(dǎo)通電壓，MOS 管導(dǎo)通，SDA2 通過(guò) MOS 管被拉到低電平。
3、當(dāng) SDA2 輸出高電平時(shí)：MOS 管 Q1 的 Vgs 不變，MOS 維持關(guān)閉狀態(tài)，SDA1 被電阻 R2 上拉到 3.3V。
4、當(dāng) SDA2 輸出低電平時(shí)：MOS 管不導(dǎo)通，但是它有體二極管！MOS 管里的體二極管把 SDA1 拉低到低電平，此時(shí) Vgs 約等于 3.3V，MOS 管導(dǎo)通，進(jìn)一步拉低了 SDA1 的電壓。
注：
低電平指等于或接近 0V。
高電平指等于或接近電源電壓。所以 3.3V 電壓域的器件，其高電平為等于或接近 3.3V；5V 電壓域的器件，其高電平為等于或接近 5V。
具體要求看芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)是怎么說(shuō)明這個(gè)限定范圍的，常見(jiàn)的比如說(shuō) 0.3 倍的“芯片供電電壓”以下為低電平，0.7 倍的“芯片供電電壓”以上為高電平。也就是說(shuō)“芯片供電電壓”為 5V 的時(shí)候，5 x 0.3 = 1.5V 以下為低電平，5 x 0.7 = 3.5V 以上為高電平。
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某一個(gè)芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)里關(guān)于高低電平的閾值范圍說(shuō)明
注意事項(xiàng)
以上是 3.3V 與 5V 之間的情況，如果換用其他電壓域之間的轉(zhuǎn)換，如 3.3V、2.5V、1.8V 等電壓值的兩兩之間，需要注意 MOS 管的 Vgs 開(kāi)啟導(dǎo)通電壓。
給 MOS 管過(guò)高的 Vgs 會(huì)導(dǎo)致 MOS 管燒壞！給過(guò)低的 Vgs 會(huì)導(dǎo)致 MOS 管打不開(kāi)！不同型號(hào)的 MOS 管這個(gè)參數(shù)值還不一樣?。?！
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舉例：其中一個(gè)廠家生產(chǎn)的 2N7002 的數(shù)據(jù)手冊(cè)，Vgs 不能超過(guò)正負(fù) 20V
再來(lái)看一下，設(shè)計(jì)電路時(shí) Vgs 可能設(shè)計(jì)過(guò)小的情況，下圖是 2N7002 的數(shù)據(jù)手冊(cè)：
舉例：其中一個(gè)廠家生產(chǎn)的 2N7002 的數(shù)據(jù)手冊(cè)，Vgs 的開(kāi)啟電壓為 1V
實(shí)際使用時(shí)為保證完全開(kāi)啟、完全導(dǎo)通，設(shè)計(jì)上要多預(yù)留余量，比如實(shí)際電路中 Vgs 起碼給到 1.8V。因?yàn)?1.8V 的設(shè)計(jì)參數(shù)接近數(shù)據(jù)手冊(cè)標(biāo)注的 1V 臨界值，尤其注意用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確保萬(wàn)無(wú)一失。
總結(jié)
3.3V 跟 5V 互轉(zhuǎn)的電路已經(jīng)是一個(gè)經(jīng)典電路，實(shí)在是硬件設(shè)計(jì)師居家旅行、護(hù)院看家，必備良藥！MOS 管型號(hào)就記住用 2N7002，這個(gè)型號(hào)便宜，性能久經(jīng)考驗(yàn)，不像有些 MOS 管外型看起來(lái)跟 2N7002 一樣，但實(shí)際是大功率的，有部分性能規(guī)格浪費(fèi)了，有部分性能規(guī)格又不一定能滿足需要，主要是還賊貴，具體其他 MOS 是怎樣的這里就不細(xì)究啦。
