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常用的電平轉換方法

在電路設計過程中,會碰到處理器MCU的I/O電平與模組的I/O電平不相同的問題,為了保證兩者的正常通訊,需要進行電平轉換。

幾個關鍵問題:

1 解決電平轉換問題,最根本的就是要解決電平的相容問題,而電平相容原則有兩條:①VOH>VIH②VOL<vil
⒉對於多電源系統,某些器件不允許輸入電平超過電源電壓,針對有類似要求的器件,電路上應適當做些保護。
電平轉換電路會影響通訊速度,所以使用時應當注意通訊速率上的要求。
⒋不同轉換方式的驅動能力有所不同,在選擇上應適當地加以考慮。
⒌當需要轉換的路數較多時,轉換方式選擇不當將會導致元器件較多,或佈線不方便。

查了幾個比較常用且方便的電平匹配方法,一般而言,在晶片手冊上會有電平匹配的推薦電路:

1.電阻分壓法。最簡單的降低電平的方法。5V電平,經1.6k+3.3k電阻分壓,就是3.3V;

2.二極體鉗位法;

    3.3V到5V的轉換:

    圖示電路中,當3.3V系統輸出低電平時,由於K2的鉗位作用,使得5V輸出端會得到0.7V~1.2V的低電壓,低於其最高不超過1.5V的低電平閾值。當3.3V系統輸出高電平時,由於K1的鉗位作用,使5V輸出端會得到約4V的高電平電壓,高於其最低不低於3.5V的高電平閾值。該電路方法比較簡單,能夠很方便的實現電平轉換,完全滿足一般的開關量輸入/輸出對傳輸速率的要求,而且能夠滿足9600,19200等常用通訊傳輸速率,使用這種方法都沒有問題。

   

    5V到3.3V的轉換

    如圖所示,利用二極體的鉗位作用,將5V電平轉換為3.3V電平,選用低壓降的肖特基二極體完全可以把輸出高電平電壓限制在3.5V以內。R1的作用是限流,但串聯了限流電阻R1會降低輸入開關的速度,不過,對於一般的開關量輸入/輸出完全滿足要求,同樣能夠滿足9600,19200等常用通訊傳輸速率通訊電路的要求。採用此電路時,如果電阻R1選擇的過小會通過二極體K1向3.3V電源輸入電流,電流過高的話可能會使3.3V電源電壓略微升高,計算電阻R1時需加註意。

3.電晶體+上拉電阻;

       當GPRS模組TXD為高電平時,由於Q1的Ve=Vb,三極體截止,上拉電阻R1將MiniARM的RXD拉高到高電平。
  
  當GPRS模組TXD為低電平時,由於Q1的Ve<Vb,三極體導通,MiniARM的RXD被電晶體Q1拉低到0.1V+Uce的低電平。
  
  當MiniARM的TXD為高電平時,由於Q2的Ve>Vb,三極體截止,上拉電阻R5將GPRS模組的RXD拉到高電平。
  
  當MiniARM的TXD為低電平時,由於Q2的Ve<Vb,三極體導通,GPRS模組的RXD被電晶體Q2拉低到0.1V+Uce的低電平。
  
  在選擇集電極上拉電阻的阻值時,需要考慮輸入的通訊速率和上拉電阻上的電流消耗。減小上拉電阻阻值,可以提高通訊速度,獲取更短的開關時間,但卻增大了低電平時電阻上的電流消耗。增大電阻阻值,開關時間延長,通訊速度降低。

4.MOS管+上拉電阻;

採用MOSFET器件實現電平轉換,該設計方法跟方法3相似。

5.電平轉換晶片.成本較高。