電平轉(zhuǎn)換電路的實(shí)現(xiàn)原理及電路圖分享

5V和3.3V是單片機(jī)系統(tǒng)中常見的電平，對(duì)于IIC和SPI等輸傳輸協(xié)議，芯片和芯片之間存在高低電平定義范圍不一致的問題，所以需要電平轉(zhuǎn)換電路來保證這些芯片正常工作。

一、NMOS如何工作？

下圖是NMOS電路符號(hào)，當(dāng)UGS＞UGSth時(shí)，此時(shí)D極和S極之間相通，即MOS導(dǎo)通，電流流向從D到S。當(dāng)UGS

NMOS電路符號(hào)

二、電平轉(zhuǎn)換電路的實(shí)現(xiàn)及原理

IIC電平轉(zhuǎn)換電路的具體實(shí)現(xiàn)如下：

①5V轉(zhuǎn)3.3V

當(dāng)輸入5V時(shí)，由于UGS之間的壓差為0V（UG是3.3V，US是3.3V被R2上拉到3.3V），小于UGSth，所以NMOS不導(dǎo)通。當(dāng)A點(diǎn)是高電平5V時(shí)，B點(diǎn)也是3.3V的高電平，實(shí)現(xiàn)了5V轉(zhuǎn)換為3.3V。

5V轉(zhuǎn)3.3V

當(dāng)A點(diǎn)的電位為0V時(shí)，由于MOS里存在體二極管，B點(diǎn)一開始一瞬間的電壓是3.3V，導(dǎo)致體二極管導(dǎo)通，B點(diǎn)的電位從3.3V變成0.7V。

0V轉(zhuǎn)0.7V

此時(shí)UG的電壓為3.3V，B點(diǎn)電壓（US）0.7V，UGS之間的壓差2.6V，NMOS正常導(dǎo)通，體二極管被短路，導(dǎo)致B點(diǎn)電位變成0V（由于RDS的存在，B點(diǎn)電壓趨近于0V）。

0V轉(zhuǎn)0V

②3.3V轉(zhuǎn)5V

當(dāng)B點(diǎn)的電壓為3.3V時(shí)，UGS之間壓差為0V，NMOS截止，A點(diǎn)的電壓被R1上拉到5V。

3.3V轉(zhuǎn)5V

當(dāng)B點(diǎn)電壓為0V，UGS之間壓差3.3V，MOS導(dǎo)通，A點(diǎn)變?yōu)?V。

0V轉(zhuǎn)0V

三、電平轉(zhuǎn)換電路的注意事項(xiàng)

①以上圖A點(diǎn)處的電壓要比MOS另一邊的電壓高，否則體二極管導(dǎo)通，無法進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。

②NMOS分為高開啟電壓和低開啟電壓，因此要注意NMOS的開啟電壓值。

③對(duì)于圖中R1、R2電阻大小的選擇，太小會(huì)導(dǎo)致電阻兩端電壓差別小，無法實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，太大會(huì)導(dǎo)致電平轉(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng)。因此一般選擇4.7K。