3.3V和5V雙向電平轉(zhuǎn)換電路解析

“當(dāng)我們使用3.3V單片機(STM32系列)和5V的器件通信時(IIC設(shè)備)，電平轉(zhuǎn)換就勢在必行了”

01經(jīng)典電平轉(zhuǎn)換電路

1.1、這是一款經(jīng)典的電平轉(zhuǎn)換電路，該電路的核心是一個N溝道場效應(yīng)管，外加2個不同電壓的上拉電阻，基本原理：當(dāng)節(jié)點1輸入高電平H時，VGS=0,則Q1處于截止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)節(jié)點1輸入為低電平L時，VGS=3.3V，則Q1處于導(dǎo)通狀態(tài)。

02場效應(yīng)管選型

2.1、場效應(yīng)管的選型參數(shù)應(yīng)重點關(guān)注柵-源電壓(Gate Source Voltage,VGS)，其值不能過小，否則場效應(yīng)管將由于VGS小于柵極閾值電壓(GateThreshold Voltage)而無法導(dǎo)通(或阻值較大)。 SI2302DS的相關(guān)參數(shù)如下圖所示，為了電路工作穩(wěn)定可靠，需保證不小于1.8V。

2.2、當(dāng)然，VGS同樣不能太大，否則可能損壞場效應(yīng)管。 SI2302DS的相關(guān)參數(shù)如下圖所示，需保證VGS的絕對值不能大于12V。

03基于SI2302DS場效應(yīng)管的電平轉(zhuǎn)換電路Multisim分析

3.1、Multisim仿真分析下3.3V轉(zhuǎn)5.0V電平轉(zhuǎn)換電路的基本原理，從箭頭所指方向。 當(dāng)節(jié)點1給一個高電平3.3V時，VGS=0,此時Q1處于截止?fàn)顟B(tài)，節(jié)點2被R2電阻上拉為高電平5V，如下圖所示：

3.2、從箭頭所指方向(3.3V轉(zhuǎn)5.0V)。 當(dāng)節(jié)點1給一個低電平0V時，VGS=3.3V,此時Q1處于導(dǎo)通狀態(tài)，節(jié)點2被R下拉為與節(jié)點1一樣的低電平0V，如下圖所示：

3.3、Multisim仿真分析下5V轉(zhuǎn)3.3V電平轉(zhuǎn)換電路的基本原理，從箭頭所指方向。 當(dāng)節(jié)點2給一個高電平5V時，VGS=0,此時Q1處于截止?fàn)顟B(tài)，節(jié)點1被R1電阻上拉為高電平3.3V，如下圖所示：

3.4、當(dāng)節(jié)點2給一個高電平0V時，轉(zhuǎn)換過程有2個過程，由于節(jié)點1初始化上電為高電平3.3V，VGS為0，此時呢Q1不導(dǎo)通，但由于Q1本身有一個寄生二極管，它會將節(jié)點1下拉至低電平，但比節(jié)點2高一個二極管壓降，約0.7V，故也屬于低電平。

然后呢，VGS此時(3.3V-0.7V = 2.6V), 大于Q1導(dǎo)通閾值，從而Q1導(dǎo)通，所以，節(jié)點1進一步為低電平0V。