雙向電平轉(zhuǎn)換電路是一種關(guān)鍵的接口電路，主要用于實(shí)現(xiàn)不同電壓域信號(hào)之間的雙向傳輸與電平匹配。其核心組件為增強(qiáng)型NMOS增強(qiáng)型管和上拉電阻，二者協(xié)同工作，確保信號(hào)在高低電壓域之間的穩(wěn)定轉(zhuǎn)換。
NMOS增強(qiáng)型管電平轉(zhuǎn)換電路原理
當(dāng)增強(qiáng)型S（即增強(qiáng)型TXD_1V8）輸出高電平時(shí)，MOS增強(qiáng)型管增強(qiáng)型Q4增強(qiáng)型的柵源電壓增強(qiáng)型Vgs增強(qiáng)型為增強(qiáng)型0，MOS增強(qiáng)型管處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)增強(qiáng)型D（即增強(qiáng)型UART1_RXD）通過(guò)電阻增強(qiáng)型R42增強(qiáng)型被上拉至增強(qiáng)型3.3V增強(qiáng)型高電平。
當(dāng)增強(qiáng)型S增強(qiáng)型輸出低電平時(shí)，MOS增強(qiáng)型管增強(qiáng)型Q4增強(qiáng)型的增強(qiáng)型Vgs增強(qiáng)型達(dá)到增強(qiáng)型1.8V，超過(guò)其導(dǎo)通電壓閾值，MOS增強(qiáng)型管導(dǎo)通，Net2增強(qiáng)型通過(guò)增強(qiáng)型MOS增強(qiáng)型管被拉低至低電平。
在增強(qiáng)型D增強(qiáng)型輸出高電平時(shí)，MOS增強(qiáng)型管增強(qiáng)型Q4增強(qiáng)型的增強(qiáng)型Vgs增強(qiáng)型不變，維持關(guān)閉狀態(tài)，S增強(qiáng)型通過(guò)電阻增強(qiáng)型R37增強(qiáng)型被上拉至增強(qiáng)型1.8V增強(qiáng)型高電平。
若增強(qiáng)型D增強(qiáng)型輸出低電平，MOS增強(qiáng)型管增強(qiáng)型Q4增強(qiáng)型初始不導(dǎo)通，但在體二極管作用下，S增強(qiáng)型被拉低至低電平，此時(shí)增強(qiáng)型Vgs≈1.8V，MOS增強(qiáng)型管導(dǎo)通，進(jìn)一步降低增強(qiáng)型S增強(qiáng)型的電壓。
設(shè)計(jì)要點(diǎn)與注意事項(xiàng)
電壓差要求增強(qiáng)型：高電壓需大于低電壓增強(qiáng)型+0.7V，否則在增強(qiáng)型D→S增強(qiáng)型傳輸高電平時(shí)會(huì)出現(xiàn)異常，即增強(qiáng)型Vs=Vd+0.7，此時(shí)增強(qiáng)型Vs增強(qiáng)型無(wú)法達(dá)到預(yù)期電平。
器件選型增強(qiáng)型：必須關(guān)注增強(qiáng)型MOS增強(qiáng)型管的增強(qiáng)型Vgs增強(qiáng)型導(dǎo)通電壓，尤其在涉及增強(qiáng)型1.8V增強(qiáng)型電路時(shí)，要精準(zhǔn)選擇合適的器件，以確保電路的穩(wěn)定性和可靠性。
單向局限性增強(qiáng)型：PMOS增強(qiáng)型管僅能實(shí)現(xiàn)單向電平轉(zhuǎn)換，無(wú)法滿足雙向傳輸?shù)男枨蟆?/div>
NMOS增強(qiáng)型雙向電路特性
NMOS增強(qiáng)型雙向電路的導(dǎo)通電阻相對(duì)較大，因此更適合應(yīng)用于低頻信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換場(chǎng)景。從成本角度考量，其制造成本較低，具有較高的性價(jià)比。
在導(dǎo)通狀態(tài)下，其壓降小于三極管，對(duì)于對(duì)電壓要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景，NMOS增強(qiáng)型電路是更為理想的選擇。
此外，NMOS增強(qiáng)型雙向電路具備正反雙向?qū)ǖ奶匦裕愃朴跈C(jī)械開(kāi)關(guān)，能夠在頻繁切換的應(yīng)用場(chǎng)景中發(fā)揮獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
雙向電平轉(zhuǎn)換電路在增強(qiáng)型I2C增強(qiáng)型總線中的應(yīng)用
在增強(qiáng)型I2C增強(qiáng)型總線通信中，主從設(shè)備的電平匹配至關(guān)重要。常見(jiàn)的增強(qiáng)型I2C增強(qiáng)型設(shè)備電平有增強(qiáng)型5V、3.3V增強(qiáng)型和增強(qiáng)型1.8V增強(qiáng)型三種。當(dāng)主從設(shè)備電平相同時(shí)，可直接對(duì)接；而當(dāng)電平不同時(shí)，如一側(cè)為增強(qiáng)型3.3V，另一側(cè)為增強(qiáng)型1.8V，就需要引入增強(qiáng)型NMOS增強(qiáng)型管來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。
工作原理
當(dāng)增強(qiáng)型I2C增強(qiáng)型總線上無(wú)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，左右兩側(cè)均無(wú)主動(dòng)拉低總線的動(dòng)作，MOS增強(qiáng)型管不導(dǎo)通。由于上拉電阻的存在，左側(cè)呈現(xiàn)增強(qiáng)型3.3V增強(qiáng)型高電平，右側(cè)呈現(xiàn)增強(qiáng)型5V增強(qiáng)型高電平。
若左側(cè)需向右側(cè)發(fā)送數(shù)據(jù)增強(qiáng)型1，即增強(qiáng)型SDA1/SCL1增強(qiáng)型為增強(qiáng)型3.3V增強(qiáng)型高電平，此時(shí)增強(qiáng)型MOS增強(qiáng)型管的增強(qiáng)型Vgs=0，處于不導(dǎo)通狀態(tài)，右側(cè)因上拉電阻作用，SDA2/SCL2增強(qiáng)型電平保持為增強(qiáng)型5V，從而實(shí)現(xiàn)左側(cè)向右側(cè)發(fā)送數(shù)據(jù)增強(qiáng)型1增強(qiáng)型的過(guò)程。
當(dāng)左側(cè)要向右側(cè)發(fā)送數(shù)據(jù)增強(qiáng)型0增強(qiáng)型時(shí)，SDA1/SCL1增強(qiáng)型被拉低至增強(qiáng)型0V，Vgs=3.3V，MOS增強(qiáng)型管導(dǎo)通，右側(cè)電壓隨之降低至與左側(cè)相同的增強(qiáng)型0V增強(qiáng)型電平，即增強(qiáng)型SDA2/SCL2增強(qiáng)型為低電平增強(qiáng)型0V，完成左側(cè)向右側(cè)發(fā)送數(shù)據(jù)增強(qiáng)型0增強(qiáng)型的操作。
若右側(cè)向左側(cè)發(fā)送數(shù)據(jù)增強(qiáng)型1，即增強(qiáng)型SDA2/SCL2增強(qiáng)型為增強(qiáng)型5V增強(qiáng)型高電平，左側(cè)由于沒(méi)有主動(dòng)拉低總線，MOS增強(qiáng)型管不導(dǎo)通，左側(cè)維持上拉電平增強(qiáng)型3.3V，實(shí)現(xiàn)右側(cè)向左側(cè)發(fā)送數(shù)據(jù)增強(qiáng)型1。
當(dāng)右側(cè)向左側(cè)發(fā)送數(shù)據(jù)增強(qiáng)型0，即增強(qiáng)型SDA2/SCL2增強(qiáng)型為增強(qiáng)型0V增強(qiáng)型低電平時(shí)，MOS增強(qiáng)型管的體二極管導(dǎo)通，使增強(qiáng)型MOS增強(qiáng)型管的增強(qiáng)型S增強(qiáng)型極被拉低，Vgs增強(qiáng)型接近增強(qiáng)型3.3V，MOS增強(qiáng)型管導(dǎo)通，左右兩側(cè)電平均變?yōu)樵鰪?qiáng)型0V，從而完成右側(cè)向左側(cè)發(fā)送數(shù)據(jù)增強(qiáng)型0增強(qiáng)型的過(guò)程。
綜上所述，無(wú)論增強(qiáng)型I2C增強(qiáng)型主設(shè)備（Master）連接在電路的左側(cè)（低壓電源側(cè)）還是右側(cè)（高壓電源側(cè)），均能實(shí)現(xiàn)正常的通信功能。
注意事項(xiàng)
MOS增強(qiáng)型管的增強(qiáng)型S增強(qiáng)型極務(wù)必連接到低電源側(cè)，切勿接反，否則會(huì)導(dǎo)致電路無(wú)法正常工作甚至損壞器件。
嚴(yán)格關(guān)注增強(qiáng)型MOS增強(qiáng)型管的導(dǎo)通電壓門限（Vgsth增強(qiáng)型的最大值），必須確保其小于低電源電壓，以保障電路的穩(wěn)定運(yùn)行和信號(hào)的準(zhǔn)確傳輸。
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