I2C雙向電平轉(zhuǎn)換電路

本文分享下I2C雙向電平轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計原理，以及需要注意的事項。

在I2C主從設(shè)備對接時，需要考慮主從設(shè)備的電平情況，常規(guī)的主要有3種：5V，3.3V，1.8V。如果電平相同，比如都是3.3V，那么可以直接對接。如果電平不同，一個高電平是3.3V ，另外一個是1.8V，那么就需要接入其它的器件來做一下電平轉(zhuǎn)換，通常是接入NMOS管。

如上圖，此圖來源于I2C官方協(xié)議，協(xié)議標準文件里面已對此作了一些說明。掃描下方二維碼，回復(fù)“I2C”，可以獲取I2C協(xié)議的英文版源文件和中文版本。

下面解釋下這個電平是如何雙向工作的，即不論是低壓那邊還是高壓那邊主動發(fā)生電平變化，都是可以正常通信的。

工作原理：

---當總線上沒有數(shù)據(jù)發(fā)送時，兩邊都沒有主動去拉低總線，因此MOS管也不導通，都因為各自的上拉電阻存在，左邊為高電平3.3V，右邊為高電平5V。

---當左邊需要發(fā)送數(shù)據(jù)1到右邊時，即SDA1/SCL1為高電平3.3V，MOS管的Vgs=0，不導通，右邊因為上拉電阻的存在，SDA2/SCL2電平保持為5V。即可看作左邊正常將數(shù)據(jù)1發(fā)送到右邊。

---當左邊需要發(fā)送數(shù)據(jù)0到右邊時，即SDA1/SCL1為低電平0V，Vgs=3.3V，MOS管導通，右邊電壓就跟左邊電平一樣了，SDA2/SCL2為低電平0V。即可看作左邊正常將數(shù)據(jù)0發(fā)送到右邊。

---當右邊需要發(fā)送數(shù)據(jù)1到左邊時，即SDA2/SCL2為高電平5V，左邊SDA1/SCL1因為沒有主動拉低總線，所以MOS管不導通，左邊保持上拉電平3.3V。即可看作右邊將數(shù)據(jù)1正常發(fā)送到左邊。

---當右邊需要發(fā)送數(shù)據(jù)0到左邊時，即SDA2/SCL2為低電平0V時，因為MOS管體二極管的存在，體二極管導通，MOS管的S極被拉低，Vgs接近3.3V，MOS管導通，進一步導致左邊和右邊電平一樣，為0V。即可看作右邊正常將數(shù)據(jù)0發(fā)送到左邊。

由上可知，不論I2C的主設(shè)備（Master）接在上面電路的左邊（低壓電源）還是右邊（高壓電壓），都是能夠正常通信的。

以上是電路的工作說明，實際應(yīng)用中，有以下兩點需要注意：

注意事項：

--MOS管的接入方法---MOS管的S極要接到低電源那邊，不能接反。

--MOS管的選型---MOS管的導通電壓需要注意。MOS管導通電壓門限（Vgsth里面的最大值）需要小于低電源電壓。

如上圖是2N7002K的MOS管，1V。如果5V和3.3V之間的互轉(zhuǎn)，那么可以用這個管子。但如果是3.3V和1.8V之間的互轉(zhuǎn)，那么是不能用的。因為導通門限電壓是1-2.5V，因為可能會用到導通電壓大于1.8V的器件，那么MOS管就可能永遠無法導通了。這個需要特別注意，因為一旦沒注意選用了，可能就是有的板子功能OK，有的板子NG。