NMOS实现双向电平转换

时间：2021-01-21 15:19:28

关键字： NMOS 双向电平转换

[导读]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。

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。