一.起因

一般在消費(fèi)電路的元器件之間，不同的器件IO的電壓是不同的，常規(guī)的有5V，3.3V，1.8V等。當(dāng)器件的IO電壓一樣的時(shí)候，比如都是5V，都是3.3V，那么其之間可以直接通訊，比如拉中斷，I2C data/clk 腳雙方直接通訊等。當(dāng)器件的IO電壓不一樣的時(shí)候，就需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，不然無(wú)法實(shí)現(xiàn)高低電平的變化。

二.電平轉(zhuǎn)換電路

常見(jiàn)的有幾種電平轉(zhuǎn)換電路，適用于不同的場(chǎng)景。

一、二極管電平轉(zhuǎn)換

二、三極管電平轉(zhuǎn)換

三、MOS電平轉(zhuǎn)換

四、電平轉(zhuǎn)換芯片

1.二級(jí)管：

當(dāng)A口為高電平的時(shí)候(5V)，此時(shí)二極管截止，B端由于接了上拉電阻，所以電平為3.3V(高)

當(dāng)A口為低電平的時(shí)候(0V)，此時(shí)二極管導(dǎo)通，B端的電平電壓為0(低)

這樣就實(shí)現(xiàn)了A端io對(duì)B端io電壓的控制，弊端就是這種接法只能A端控制B端，無(wú)法雙向控制。也就是高電壓向低電壓轉(zhuǎn)換，不適合低電壓向高電壓轉(zhuǎn)換

原理分析：

當(dāng)MCU-TX為高電平，二極管D1截止，BLUE-RX接電源3V3上拉電阻，此時(shí)BLUE-RX電平控制在3V3高電平，MCU-TX為5V高電平；

當(dāng)MCU-TX為低電平，二極管D1導(dǎo)通，BLUE-RX接入低電平，此時(shí)BLUE-RX低電平，MCU-TX為低電平；

2.三極管：

正向轉(zhuǎn)換：

當(dāng)A口為低電壓(0V)時(shí)，三極管導(dǎo)通，B口的電壓也為低電壓(0V)。

當(dāng)A口為高時(shí)，三極管截止，B口的電壓被3.3V上拉為高電壓。

反向轉(zhuǎn)換：

當(dāng)A口為高時(shí)，三極管導(dǎo)通，B口的電壓也為低電壓(0V)。

當(dāng)A口為低電壓(0V)時(shí)，三極管截止，B口的電壓被3.3V上拉為高電壓。

這樣就實(shí)現(xiàn)了A端io對(duì)B端io電壓的控制，弊端就是這種接法只能A端控制B端，無(wú)法雙向控制。也就是高電壓向低電壓轉(zhuǎn)換，不適合低電壓向高電壓轉(zhuǎn)換。相較于二極管的轉(zhuǎn)換電路，三極管可以支持較小IO驅(qū)動(dòng)能力的芯片。

3.MOS管轉(zhuǎn)換電路

MOS電平轉(zhuǎn)換支持雙向轉(zhuǎn)換，一般用于i2c等通訊場(chǎng)景較多，如下：

1.當(dāng)MCU_SCL為高的時(shí)候，Q4 mos管的Vgs < 0，MOS管截止，SCL被上拉拉高

2.當(dāng)MCU_SCL為低的時(shí)候，Q4 mos管的Vgs > 0，MOS管導(dǎo)通，SCL被拉低

3.當(dāng)SCL為高時(shí)，Q4 mos管狀態(tài)不變，維持截止，那么MCU_SCL為低

4.當(dāng)SCL為低時(shí)，Q4 mos管狀態(tài)不變，維持截止，但是mos管內(nèi)部的體二極管把MCU_SCL拉低，此時(shí)Q4 mos管導(dǎo)通，進(jìn)一步拉低MCU_SCL。

4.電平轉(zhuǎn)換芯片

這一種方式就因供應(yīng)商差異了，一般對(duì)轉(zhuǎn)換頻率有高要求時(shí)，會(huì)用到第三方電平轉(zhuǎn)換芯片

電平轉(zhuǎn)換范圍廣：VCC(A): 1.65 V to 3.6 V and VCC(B): 2.3 V to 5.5 V

最大數(shù)據(jù)速率：50 Mbps

多種封裝

轉(zhuǎn)換通道數(shù)：4

主要適用于：I2C，UART，GPIO 等

典型應(yīng)用如下：

圖4 NTS0104 典型應(yīng)用