NMOS实现双向电平转换

作者:中国电子网 日期:2021-02-20 14:01:50 人气: 栏目:电工技术

不同供电系统之间、不同模块之间可能存在通讯或者电平转换,为了取消不同电源之间的转换差异,就要使用电平转换电路。今天和大家分享一个NMOS实现的电平转换电路,非常巧妙。如下图:


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。

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。

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!!!

Multisim仿真结果

此时,无论那边是高电平,对方也是输出高电平。

此时,5v端输入低电平,3.3v端也相应为低电平。

此时,3.3v端输入低电平,5v端也相应为低电平。


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