电平转换电路的设计方法介绍

为什么要进行电平转换？

电平转换针对的是两个或者两个以上的CPU之间的通讯需要进行的一种转换技术，两个CPU如果供电电压不一样，比如一个是1.2V，另一个是3.3V，那么在电平不匹配的情况下工作，会造成信号传输出错；如果二者电压相差较大，严重的可能会损坏芯片。

电平转换电路两种设计方向：

一、专用的电平转换芯片

多种多样的电平转换芯片为不同电压域之间的数据通讯及控制提供了方便。如下图 1 是一款比较常用的转换芯片，作为一款双电源供电的双向电平转换芯片，通过检测外部端口的驱动电流来判别转换方向，因此不需要外部的方向控制管脚来选择控制器件转换的方向。工程师在使用它时非常省事，软件上也无需考虑何时应该去更改它的转换方向。

图 1 双电源供电的双向电平转换芯片

二、分立元器件搭建

分立器件搭建电平转换电路的方式有很多，如下图 2 为一款单项电平转换的分立电路。其实现原理如下，左侧IN为输入，右侧OUT为输出，VDDA与VDDB分别为相互转换的两个不同的电压域。当IN输入0V时，三极管Q1导通，OUT被拉低到接近0V电平，实现低电平转换；当IN输入高电平(VDDA)时，三极管Q1截止，此时OUT被上拉至VDDB，从而实现高电平转换。此电路属于单向转换电路，转换方向为IN输入，OUT输出，简单易用。

图 2 单向电平转换电路 a

下面再介绍一种单向转换的电路，如下图 3 实现原理如下：当输入IN为低电平时，三极管Q1关断，三极管Q2导通，输出OUT被拉低，从而实现低电平转换；当输入IN为高电平(VDDA)时，三极管Q1导通，从而三极管Q2被拉低关断，从而输出OUT被R4拉高到VDDB，从而实现高电平转换。此电路只能实现左侧IN输入，右侧OUT输出，不能反向转换。

图 3 单向电平转换电路 b

最后再介绍一种双向转换的电路，此电路比较常用。

图 4 双向电平转换电路

如上图 4 所示是常用的分立器件搭的电平转换电路，具体工作过程如下：

1、当Net1输出高电平时，MOS管Q1的Vgs=0，MOS管关闭，Net2被电阻R2上拉到5V；

2、当Net1输出低电平时，MOS管Q1的Vgs=3.3V，大于导通电压阈值，MOS管导通，Net2通过MOS管被拉低到低电平；

3、当Net2输出高电平时，MOS管Q1的Vgs不变，MOS管维持关闭状态，Net1被电阻R1上拉到3.3V；

4、当Net2输出低电平时，MOS管Q1不导通，MOS管先经过体二极管把Net1拉低到低电平，此时Vgs≈3.3V，MOS管导通，进一步拉低Net的电压；

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