电平转换在电路设计中非常常见，因为做电路设计很多时候就像在搭积木，这个电路模块，加上那个电路模块，拼拼凑凑连起来就是一个电子产品了。而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。

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。

实物对照图如下。实物的上拉电阻用了 4.7K 欧姆，可以提供更大的电流驱动能力。在满足电路性能的前提下，我喜欢用阻值更大的电阻，因为功耗更低更省电。

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。

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。

芯片数据手册里关于高低电平的阈值范围说明

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！！！

举例：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： 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。

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