220421-一些电平转换电路
摘要
我在电路设计时，有时会遇到电压域不匹配的问题，如芯片为1.8V供电，而MCU为3.3V供电。这时候就需要进行电平转换才能通讯。总结几种常用的电平转换电路。
文章目录
- 前言
- 一、二/三极管单向电平转换
- 二、MOS管双向电平转换电路
- 集成芯片电平转换
- 总结
前言
记录一些自己总结的知识，有部分内容也是参考借鉴网络资料。
一、二/三极管单向电平转换
我在做一些通讯模块（4G模块）时发现串口是1.8V电平，与常用MCU的3.3V，这时就需要电平转换，一般都会加个MOS做电平转换。因为UART的收发引脚是独立的，只需单向传输数据，所以只需要单向电平转换即可，后来我还了解到速率太高这种电路也无法满足要求。电路如下：
图1 单向电平转换电路 
左侧为1.8V电压域，右侧为3.3V电压域。上面部分的数据传输方向是从右到左，下面部分的数据传输方向是从左到右。
当MCU_TXD为低电平时，D1导通，IC_RXD被拉低；当MCU_TXD为高电平3.3V时，D1截止，IC_RXD被拉高到1.8V高电平。
当IC_TXD为低电平时，Q1导通，MCU_RXD被拉低；当IC_TXD为高电平1.8V时，Q1截止，MCU_RXD被拉高到3.3V高电平。
二、MOS管双向电平转换电路
在使用I2C、SPI等接口做不同电压域通讯时，就需要用到双向的电平转换电路。一种简单的电路如下：
图2 双向电平转换电路
左侧为1.8V电压域，右侧为3.3V电压域。数据可双向进行传输。
当左侧电压为高电平1.8V时，MOS管不导通，右侧被上拉到3.3V高电平；
当左侧电压为低电平时，MOS管导通，右侧被拉低；
当右侧电压为高电平3.3V时，MOS管不通，左侧被上拉到1.8V高电平；
当右侧电压为低电平时，左侧电压通过体二极管被拉低。
MOS管选型时需要特别注意其开启电压，低电压域的电压必须大于MOS管的开启电压此电路才能正常工作。
集成芯片电平转换
如刚才所说在一些高速通讯的场合，上述电路可能无法满足要求，就需要用到专用的电平转换芯片。芯片有很多种，单向电平转换、带方向控制的双向电平转换、自动双向电平转换等，选型时需要注意其工作电压和通讯速率。
总结
二极管、三极管、MOS管组成的电平转换电路，电路简单，成本低。电路可以应用于1.8V、3.3V、5V等不同电压域的电平转换，集成芯片构成的电平转换电路，优点是速率高，但成本也高。用户需要根据需求选择使用哪种方式。
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