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单片机系统如何实现电平转换成电路的原理详解

5V3.3V单片机系统中常见的电平,对于IICSPI无线传输协议,芯片和芯片之间存在高低电平定义范围不一致的问题,所以需要电平转换电路来保证这些芯片正常工作。

一、NMOS如何工作

下图是NMOS电路符号,当UGSUGSth时,此时D极和S极之间相通,即MOS导通,电流流向从DS。当UGS<UGSth时,MOS管截止,UGSUGSth时,MOS管导通。(MOS的开启电压UGSthM0S的型号不同,所以开启电压参考具体型号的数据手册)

NMOS电路符号

二、NMOS电路符号

电平转换电路的实现方式及原理简介,IIC电平转换电路的具体实现如下:

1、5V3.3V:

当输入5V时,由于UGS之间的压差为0VUG3.3V,US是是3.3VR2上拉到3.3V),小于UGSth,所以NMOS不导通。当A点是高电平5V时,B点也是3.3V的高电平,实现了5V转换为3.3V。

5V转3.3V
5V3.3V

A点的电位为0V时,由于MOS里存在体二极管,B点一开始一瞬间的电压是3.3V,导致体二极管导通,B点的电位从3.3V变成0.7V。

0V转0.7V
0V0.7V

此时UG的电压为3.3V,B点电压(US0.7V,UGS之间的压差2.6V,NMOS正常导通,体二极管被短路,导致B点电位变成0V(由于RDS的存在,B点电压趋近于0V)。

0V转0V
0V0V

2、3.3V5V:

B点的电压为3.3V时,UGS之间压差为0V,NMOS截止,A点的电压被R1上拉到5V。

3.3V转5V
3.3V5V

B点电压为0V,UGS之间压差3.3V,MOS导通,A点变为0V。

0V转0V-2
0V0V

三、电平转换电路的注意事项

注意:以上图A点处的电压要比MOS另一边的电压高,否则体二极管导通,无法进行电平转换。

NMOS分为高开启电压和低开启电压,因此要注意NMOS的开启电压值。

对于图中R1,R2电阻大小的选择,太小会导致,电阻两端电压差别小,无法实现电平转换,太大会导致电平转换时间长。一般选择4.7K。

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