解析一种简单实用的双向电平转换电路3.3V-5V工作状态

所谓(wei)电(dian)(dian)平(ping)，是指两(liang)功(gong)率(lv)(lv)或电(dian)(dian)压(ya)之(zhi)比(bi)的(de)对数，有(you)时也可(ke)用(yong)来表(biao)示两(liang)电(dian)(dian)流(liu)之(zhi)比(bi)的(de)对数。电(dian)(dian)平(ping)的(de)单位分贝(bei)用(yong)dB表(biao)示。常(chang)用(yong)的(de)电(dian)(dian)平(ping)有(you)功(gong)率(lv)(lv)电(dian)(dian)平(ping)和电(dian)(dian)压(ya)电(dian)(dian)平(ping)两(liang)类，它(ta)们各(ge)自又可(ke)分为绝对电(dian)(dian)平(ping)和相对电(dian)(dian)平(ping)两(liang)种。

当你(ni)使用3.3V的(de)单(dan)片机(ji)的(de)时候，电平转(zhuan)换(huan)就在所难免了，经常会遇到3.3转(zhuan)5V或者5V转(zhuan)3.3V的(de)情况，这里介(jie)绍一(yi)(yi)个简单(dan)的(de)电路，他(ta)可以实(shi)现(xian)两个电平的(de)相互转(zhuan)换(huan)(注意是相互哦，双向(xiang)的(de)，不是单(dan)向(xiang)的(de)!).电路十分简单(dan)，仅由3个电阻(zu)加一(yi)(yi)个MOS管构(gou)成。

电路图如(ru)下:

上图中，S1，S2为(wei)(wei)两个信(xin)号端(duan)，VCC_S1和VCC_S2为(wei)(wei)这两个信(xin)号的高电(dian)平电(dian)压.另外限制(zhi)条件为(wei)(wei):

1，VCC_S1<=VCC_S2.

2，S1的(de)低电平门(men)限大(da)于(yu)0.7V左(zuo)右(视NMOS内的(de)二极管(guan)压降而定).

3，Vgs<=VCC_S1.

4，Vds<=VCC_S2

对于3.3V和(he)5V/12V等电路的相互转换，NMOS管(guan)选择AP2306即(ji)可.原理比较简单，大家自行分析吧(ba)!此(ci)电路我(wo)已在(zai)多处应用，效果很好。

I2C，类似这种吧，只是(shi)不知道(dao)这种电路的速率能达到(dao)多少。

电平转换器的操作

在电平转换器(qi)的(de)操作中(zhong)要考虑下(xia)面的(de)三种状态：

1、没(mei)有器(qi)件下拉(la)总(zong)线(xian)线(xian)路(lu)。“低电(dian)压(ya)”部分(fen)的总(zong)线(xian)线(xian)路(lu)通过上拉(la)电(dian)阻Rp 上拉(la)至(zhi)3.3V。 MOS-FET 管的门极(ji)和源极(ji)都是3.3V， 所以它的VGS 低于阀值电(dian)压(ya)，MOS-FET 管不(bu)导通。这就允许“高(gao)电(dian)压(ya)”部分(fen)的总(zong)线(xian)线(xian)路(lu)通过它的上拉(la)电(dian)阻Rp 拉(la)到5V。 此时两部分(fen)的总(zong)线(xian)线(xian)路(lu)都是高(gao)电(dian)平，只(zhi)是电(dian)压(ya)电(dian)平不(bu)同(tong)。

2、一个3.3V器件(jian)下拉总(zong)(zong)线(xian)线(xian)路到(dao)低(di)电平(ping)(ping)。MOS-FET管(guan)(guan)的(de)(de)源(yuan)极(ji)也变成低(di)电平(ping)(ping)，而门极(ji)是(shi)3.3V。VGS上升高于阀值，MOS-FET管(guan)(guan)开始导(dao)通(tong)。然(ran)后“高电压”部分的(de)(de)总(zong)(zong)线(xian)线(xian)路通(tong)过导(dao)通(tong)的(de)(de)MOS-FET管(guan)(guan)被3.3V器件(jian)下拉到(dao)低(di)电平(ping)(ping)。此(ci)时，两部分的(de)(de)总(zong)(zong)线(xian)线(xian)路都是(shi)低(di)电平(ping)(ping)，而且电压电平(ping)(ping)相同。

3、一(yi)个(ge)5V的(de)(de)(de)(de)(de)器(qi)件下拉(la)总(zong)线(xian)(xian)线(xian)(xian)路到低(di)电(dian)(dian)平。MOS-FET管的(de)(de)(de)(de)(de)漏极基底二极管“低(di)电(dian)(dian)压”部分(fen)(fen)被(bei)下拉(la)直到VGS超过阀值，MOS-FET管开始(shi)导(dao)通(tong)(tong)。“低(di)电(dian)(dian)压”部分(fen)(fen)的(de)(de)(de)(de)(de)总(zong)线(xian)(xian)线(xian)(xian)路通(tong)(tong)过导(dao)通(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)MOS-FET管被(bei)5V的(de)(de)(de)(de)(de)器(qi)件进一(yi)步(bu)下拉(la)到低(di)电(dian)(dian)平。此时(shi)，两部分(fen)(fen)的(de)(de)(de)(de)(de)总(zong)线(xian)(xian)线(xian)(xian)路都是低(di)电(dian)(dian)平，而且电(dian)(dian)压电(dian)(dian)平相同。

这三(san)种(zhong)状态显示了逻辑电平在总线(xian)(xian)系统的(de)两(liang)个方向(xiang)上(shang)传(chuan)输(shu)，与(yu)驱动的(de)部分无关(guan)。状态1执(zhi)行(xing)了电平转换功能。状态2和3按照I2C总线(xian)(xian)规范(fan)的(de)要求在两(liang)部分的(de)总线(xian)(xian)线(xian)(xian)路之(zhi)间实现“线(xian)(xian)与(yu)”的(de)功能。

除了3.3V VDD1和5V VDD2的电(dian)源电(dian)压外(wai)，还可以(yi)是例如：2V VDD1和10V VDD2。在(zai)正常操作中，VDD2必须等(deng)于或高于VDD1(在(zai)开关电(dian)源时允许VDD2低(di)于VDD1)。

MOS-N场效应管(guan)双向(xiang)电平转换电路--适用于低频信号电平转换的(de)简单应用

如上图所示，是(shi)MOS-N场效应管双向电平转换电路。

双向传输原理：

为了方便讲述(shu)，定义 3.3V 为 A 端(duan)，5.0V 为 B 端(duan)。

A端输出(chu)低电平(ping)时(shi)(0V)，MOS管导通，B端输出(chu)是低电平(ping)(0V)

A端输(shu)(shu)出(chu)高电平时(3.3V)，MOS管截至，B端输(shu)(shu)出(chu)是高电平(5V)

A端输出高阻时(shi)(OC) ，MOS管截至，B端输出是高电(dian)平(5V)

B端(duan)(duan)输出低(di)电平时(shi)(0V)，MOS管内的(de)二(er)极管导通，从而(er)使MOS管导通，A端(duan)(duan)输出是低(di)电平(0V)

B端输出高电(dian)平时(shi)(5V)，MOS管(guan)截(jie)至，A端输出是高电(dian)平(3.3V)

B端输出(chu)高阻时(OC) ，MOS管截(jie)至，A端输出(chu)是高电(dian)平(3.3V)

优点：

1、适用(yong)于低频信(xin)号(hao)电(dian)平转换，价格低廉。

2、导通后，压降比三极管小。

3、正反向双向导通，相当于机械开(kai)关。

4、电压型驱动(dong)，当然(ran)也需要一定的(de)驱动(dong)电流，而且有的(de)应(ying)用也许比(bi)三(san)极管大。

电平与电压的关系

从(cong)电(dian)(dian)压(ya)电(dian)(dian)平(ping)(ping)的(de)定义就可(ke)(ke)(ke)以(yi)看出电(dian)(dian)平(ping)(ping)与(yu)电(dian)(dian)压(ya)之间(jian)(jian)的(de)关系，电(dian)(dian)平(ping)(ping)的(de)测量(liang)实(shi)际上(shang)也(ye)是电(dian)(dian)压(ya)的(de)测量(liang)，只是刻度不同而已，任何电(dian)(dian)压(ya)表都可(ke)(ke)(ke)以(yi)成为一个测量(liang)电(dian)(dian)压(ya)电(dian)(dian)平(ping)(ping)的(de)电(dian)(dian)平(ping)(ping)表，只要表盘按电(dian)(dian)平(ping)(ping)刻度标志即(ji)可(ke)(ke)(ke)，在此(ci)要注意的(de)是电(dian)(dian)平(ping)(ping)刻度是以(yi)1 mW功率(lv)消耗于600 Ω电(dian)(dian)阻为零分(fen)贝(bei)进行计算的(de)，即(ji)0dB=0.775V。电(dian)(dian)平(ping)(ping)量(liang)程(cheng)的(de)扩(kuo)大实(shi)质上(shang)也(ye)是电(dian)(dian)压(ya)量(liang)程(cheng)的(de)扩(kuo)大，只不过(guo)由(you)于电(dian)(dian)平(ping)(ping)与(yu)电(dian)(dian)压(ya)之间(jian)(jian)是对数关系，因而电(dian)(dian)压(ya)量(liang)程(cheng)扩(kuo)大N倍时(shi)，由(you)电(dian)(dian)平(ping)(ping)定义可(ke)(ke)(ke)知，即(ji)电(dian)(dian)平(ping)(ping)增加(jia)20lgN(dB)。

由此可知，电(dian)(dian)平(ping)量程(cheng)(cheng)(cheng)的(de)扩(kuo)(kuo)大可以通(tong)过(guo)相应的(de)交流电(dian)(dian)压表量程(cheng)(cheng)(cheng)的(de)扩(kuo)(kuo)大来(lai)实现，其测(ce)量值(zhi)(zhi)应为表头(tou)指针示数再(zai)加一个附加分贝(bei)值(zhi)(zhi)(或量程(cheng)(cheng)(cheng)分贝(bei)值(zhi)(zhi))。附加分贝(bei)值(zhi)(zhi)的(de)大小由电(dian)(dian)压量程(cheng)(cheng)(cheng)的(de)扩(kuo)(kuo)大倍数来(lai)决(jue)定。

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