關(guān)注+星標(biāo)公眾號(hào)，不錯(cuò)過(guò)精彩內(nèi)容！
????我們經(jīng)常使用電平轉(zhuǎn)換芯片來(lái)轉(zhuǎn)換IO口電壓???實(shí)現(xiàn)不同電壓等級(jí)芯片之間電平轉(zhuǎn)換，比如兩個(gè)處理器使用串口通訊，其中一個(gè)處理器的串口為1.8V電平，另外一個(gè)為3.3V，兩個(gè)處理器串口直接相連不太合適（有時(shí)候自己玩玩還是可以的），需要電平轉(zhuǎn)換芯片。這里介紹一種單MOS管的雙向電平轉(zhuǎn)換電路，簡(jiǎn)單易用，用在對(duì)速率要求不高的場(chǎng)合。以下為單MOS管電平轉(zhuǎn)換電路，左側(cè)為1.8V電平邏輯，右側(cè)為3.3V電平邏輯，下面詳細(xì)介紹一下。
1）右側(cè)開關(guān)閉合直接接地，模擬輸入低電平，當(dāng)開關(guān)閉合后，可以理解為有兩個(gè)過(guò)程出現(xiàn)。
第一個(gè)過(guò)程，開關(guān)閉合后MOS管漏極接地為0V，左側(cè)的1.8V電源電流經(jīng)過(guò)R1和MOS管內(nèi)的體二極管，最后流入GND，此時(shí)MOS管源極電壓只有一個(gè)二極管的管壓降（這里假設(shè)為0.6v），那么MOS管的柵極和源極之間的Vgs = 1.2V。
第二個(gè)過(guò)程，柵極和源極之間的電壓約為1.2V，MOS管開始導(dǎo)通，最終會(huì)使源極電壓為0V，實(shí)現(xiàn)0v輸出。
2）右側(cè)開關(guān)斷開，漏極被電阻拉高，為3.3V，模擬高電平輸入。此時(shí)Vgs=0V，MOS管截止，源極電壓被1.8V電壓拉高，實(shí)現(xiàn)從3.3V至1.8V電平轉(zhuǎn)換。
2、從低壓側(cè)向高壓側(cè)轉(zhuǎn)換
左側(cè)低壓部分使用一個(gè)開關(guān)模擬高低電平輸入。
1）左側(cè)開關(guān)閉合直接接地，模擬輸入低電平，此時(shí)MOS管的Vgs = 1.8V，MOS管開始導(dǎo)通，拉低漏極電壓至0V，實(shí)現(xiàn)低電平轉(zhuǎn)換。
2）左側(cè)開關(guān)斷開，此時(shí)Vgs=0V，MOS管截止，漏極電壓被3.3V電壓拉高，實(shí)現(xiàn)從1.8V至3.3V電平轉(zhuǎn)換。
3、小疑惑
開始筆者使用2N7002P這個(gè)器件仿真，發(fā)現(xiàn)高電平側(cè)輸入0V時(shí)，低電平側(cè)電平不能到底，0.6V左右，這是什么原因呢？剛開始以為是內(nèi)部二極管的管壓降，其實(shí)不是。
帶著疑惑，下載了這兩款MOS管的手冊(cè)，如下圖MOS管的轉(zhuǎn)移特性曲線，左側(cè)是SI2302DS，右側(cè)是2N7002P，從圖中可以看出SI2302DS從1V開始逐漸導(dǎo)通，而2N7002P從2V左右開始導(dǎo)通，2N7002P的導(dǎo)通電壓高一些，因此在以上電路中使用2N7002P導(dǎo)通程度比使用SI2302DS要小，2N7002P管導(dǎo)通壓降較大，再加上左側(cè)1.8V電壓較低，Vgs較小，所以出現(xiàn)低電平不能到底的問(wèn)題。
其實(shí)這個(gè)問(wèn)題好解決：
1、增大VCC1的電壓，使Vgs增大，增大MOS導(dǎo)通程度，當(dāng)然這樣就不能用在1.8V和3.3V互轉(zhuǎn)，可以用在3.3V和5.0V互轉(zhuǎn)。
2、增大R4也可以，R4增大后，R4壓降就大，源極電壓減小。如下圖，R4增大為100K的仿真結(jié)果，源極電壓降為15.3mV，基本就是0了。注意一點(diǎn)左側(cè)一般接入單片機(jī)的IO管腳，要注意單片機(jī)的IO內(nèi)部上拉電阻會(huì)和R4并聯(lián)，需要根據(jù)實(shí)際情況打開或者關(guān)閉上拉電阻。
擴(kuò)展閱讀：
三極管輸出特性曲線詳解
三極管原理詳解
硬件工程師技術(shù)干貨7—電平轉(zhuǎn)換電路
