|
|
EDA365欢迎您登录！
您需要 登录 才可以下载或查看，没有帐号？注册
x
本帖最后由 Heaven_1 于 2022-7-1 18:37 编辑 ( _. J7 G. v1 P v
, x# {# L L3 ^: ^; v: t
* u0 E4 `& @: f- X5 H3 H
) a# i1 d. |" \: N9 g) i4 UMOS管电平转换电路
: V: T2 N/ z# p0 s( M/ c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。
0 H$ n- J2 q. ?+ R, X7 i1 i! c9 W- [# e
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，通过这个电路，大家就可以愉快地玩耍聊天了。
& I3 {7 m/ u4 ?' O9 f
6 _, L4 j6 y9 F Y2 m/ x( q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。
7 p; t& X. ~5 A7 q0 _1 }# V/ T8 `% E( A0 h
原理分析* T7 _7 H7 d6 M) s5 F8 t5 N& Y, s
简化来看，留下I2C的一根线来分析就可以了，如下图。' L5 b- `- y+ \, F0 h% L
0 v/ N+ l* @0 P
! {" B% j* r+ k6 S7 Y+ d. \* N# C7 }0 V; g
1 @* n/ c) n9 }8 z Y7 U
1 y; |8 B2 F8 c1 y分四种情况：1 X0 ?2 b$ I( A
# G9 ]; H6 G) R& W4 V
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。# c* I6 l- V6 p; t
$ L8 r; \' W3 }8 `. X9 h
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。
# h; W& j2 m9 t, f, y) j7 q. V0 C/ [ m
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。0 z9 K8 I) J8 u7 V
1 l+ x J k+ X( m* s* ~9 C5 m4、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。; X( z4 @* v) G! ~' e. U3 |; @" ^
6 r. L* E& e/ P' T( o7 Z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。# V0 C7 }' @3 I% K
: B2 N( z& J& [& {
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。
4 l% {, a8 {9 A! b% o8 [
3 I8 e" ^6 U. [% ]6 n1 j
0 Z' ^! O& N5 J9 A( j9 p某一个芯片数据手册里关于高低电平的阈值范围说明
; }6 m( t, a! t y/ j9 F8 N e
2 q. X$ [5 s# ?0 T/ \* x' \! [6 c1 Z m2 A" V9 `& b! `5 O
注意事项5 M* P B( O: I1 H
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。
7 }( Y e) W: h1 m1 S. U3 ?: T
+ x; }8 ~+ Z* X2 h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！！！' |$ ?$ ~8 n' p9 ^ u+ V( c6 F
9 o3 `: I9 Q! b, g1 w
( M' X" ~- l+ o% _' V举例：其中一个厂家生产的2N7002的数据手册，Vgs不能超过正负20V
# U8 k3 z3 l& o' t0 _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：
5 C5 e/ v* _9 C& \7 s+ u
6 w6 o2 I. X/ a2 D9 D! K$ ~: n$ q, w4 j
举例：其中一个厂家生产的2N7002的数据手册，Vgs的开启电压为1V' }/ ?: w3 E3 |( M
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。+ O7 X) |1 K+ i* o: g+ Q7 R7 A: U4 y
- v9 F, X6 ?0 Y u% D% j0 q
总结
. x. l' X5 I8 |3.3V跟5V互转的电路已经是一个经典电路，实在是硬件设计师居家旅行、护院看家，必备良药！MOS管型号就记住用2N7002，这个型号便宜，性能久经考验，不像有些MOS管外型看起来跟2N7002一样，但实际是大功率的，有部分性能规格浪费了，有部分性能规格又不一定能满足需要，主要是还贼贵，具体其他MOS是怎样的这里就不细究啦。
" `* |; ]3 t3 Y* j! v———————————————— b+ i! g) Y! y' O# ]8 |
% M/ `, q, v% A2 F8 L" c2 ~. l. O3 W" |
5 n6 O9 h9 @) K5 x: x |
|
/1 
发表于 2022-7-1 15:01
收藏
淘帖
支持！
反对！
楼主