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3.3V和5V双向电平转换电路解析

作者:fanxiaoxi 时间:2024-06-11 收藏

“当我们使用3.3V单片机(STM32系列)和5V的器件通信时(IIC设备),电平转换就势在必行了”

01经典电平转换电路

1.1、这是一款经典的电平转换电路,该电路的核心是一个N沟道场效应管,外加2个不同电压的上拉电阻,基本原理:当节点1输入高电平H时,VGS=0,则Q1处于截止状态,当节点1输入为低电平L时,VGS=3.3V,则Q1处于导通状态。

02场效应管选型

2.1、场效应管的选型参数应重点关注栅-源电压(Gate Source Voltage,VGS),其值不能过小,否则场效应管将由于VGS小于栅极阈值电压(GateThreshold Voltage)而无法导通(或阻值较大)。 SI2302DS的相关参数如下图所示,为了电路工作稳定可靠,需保证不小于1.8V。

2.2、当然,VGS同样不能太大,否则可能损坏场效应管。 SI2302DS的相关参数如下图所示,需保证VGS的绝对值不能大于12V。

03基于SI2302DS场效应管的电平转换电路Multisim分析

3.1、Multisim仿真分析下3.3V转5.0V电平转换电路的基本原理,从箭头所指方向。 当节点1给一个高电平3.3V时,VGS=0,此时Q1处于截止状态,节点2被R2电阻上拉为高电平5V,如下图所示:

3.2、从箭头所指方向(3.3V转5.0V)。 当节点1给一个低电平0V时,VGS=3.3V,此时Q1处于导通状态,节点2被R下拉为与节点1一样的低电平0V,如下图所示:

3.3、Multisim仿真分析下5V转3.3V电平转换电路的基本原理,从箭头所指方向。 当节点2给一个高电平5V时,VGS=0,此时Q1处于截止状态,节点1被R1电阻上拉为高电平3.3V,如下图所示:

3.4、当节点2给一个高电平0V时,转换过程有2个过程,由于节点1初始化上电为高电平3.3V,VGS为0,此时呢Q1不导通,但由于Q1本身有一个寄生二极管,它会将节点1下拉至低电平,但比节点2高一个二极管压降,约0.7V,故也属于低电平。

然后呢,VGS此时(3.3V-0.7V = 2.6V), 大于Q1导通阈值,从而Q1导通,所以,节点1进一步为低电平0V。



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