簡介

在新一代電子電路設(shè)計中, 隨著低電壓邏輯的引入, 系統(tǒng)內(nèi)部常常出現(xiàn)輸入-輸出邏輯不協(xié)調(diào)的問題, 從而提高了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性。例如, 當(dāng)1.8V的數(shù)字電路與工作在3.3V的模擬電路進行通信時，需要首先解決兩種電平的轉(zhuǎn)換問題, 這時就需要電平轉(zhuǎn)換電路。

幾種電平轉(zhuǎn)換方式的優(yōu)劣勢

1、使用晶體管轉(zhuǎn)換電平

如下圖，使用2個NPN三極管，將輸入信號電平VL和轉(zhuǎn)換為輸出電平VH，使用2個三極管的目的是將輸入和輸出信號同相，如果可以接受反相，使用一個三極管也可以。

優(yōu)勢：

1) 價格：三極管比較常見并且容易采購，價格低廉。

2) 驅(qū)動能力強：驅(qū)動能力取決于三極管，可以做到數(shù)十mA。

劣勢：

1) 速度：兩級三極管屬于電流驅(qū)動型，加上電路和寄生電容，轉(zhuǎn)換后的波形不是十分理想。一般只能用于100K以內(nèi)的信號轉(zhuǎn)換。

2) 器件多：同相轉(zhuǎn)換需要2個三極管以及配套的電阻，只能單向轉(zhuǎn)換。

3) 漏電流高：輸出漏電流會過大。

2、使用電阻分壓轉(zhuǎn)換電平

如下圖，主機接受信號時，R2和R3構(gòu)成分壓。

優(yōu)勢：

1) 成本：每路信號僅需要兩個電阻，成本低;

2) 容易實現(xiàn)：電阻采購容易，占用面積小。

劣勢：

1) 速度：分壓法為了降低功耗，使用KΩ級別以上的電阻，加上電路和器件的分布和寄生電容，因此能夠達到的通訊速率較低，一般只能應(yīng)用于100KHz以內(nèi)的通訊速率。

2) 驅(qū)動能力：由于使用了大阻值的電阻，因此通訊端的驅(qū)動電流能力變?nèi)?，不適合需要高驅(qū)動能力的場合。

3)方向：電阻分壓只能降低電平，不能升高電平。

3、使用電阻限流轉(zhuǎn)換電平

部分硬件工程師有時會通過使用電阻進行限流的方式，實現(xiàn)兩個不同電平之間的轉(zhuǎn)換。具體的現(xiàn)實原理就是利用芯片的輸入電流不超過某個值，例如74HC系列的芯片的輸入電流值不能超過20mA，則認(rèn)為是安全的;如果是5V轉(zhuǎn)3.3V，只要電阻大于(5-3.3V)/20mA=85Ω，則認(rèn)為是安全的。因為芯片內(nèi)部是可以等效一個負(fù)載電阻RL，與R1構(gòu)成分壓的關(guān)系。

優(yōu)勢：

1) 成本：只需要一個電阻即可。

劣勢：

1) 難以實現(xiàn)，不僅需要十分熟悉芯片內(nèi)部的構(gòu)成，而且還要考慮限流后的電壓范圍。

2)只能從高電平轉(zhuǎn)低電平。

4、使用二極管鉗位轉(zhuǎn)換電平

如下圖是5V轉(zhuǎn)3.3V，輸入是高電平時，3.3Vout=3.3V+Vd≈4V，當(dāng)5V電平輸入為低電平時，3.3Vout=0V。

優(yōu)勢：

1) 漏電流?。憾O管的漏電流非常小(uA級)

2) 容易實現(xiàn)：二極管、電阻采購容易，占用面積小。

劣勢：

1) 電平誤差大：主要是二極管的正向壓降較大，容易超出芯片的工作電壓范圍。

2) 速度和驅(qū)動能力不理想：由于電阻限流，驅(qū)動速度和能力均不理想，只能應(yīng)用在100K以內(nèi)的頻率。

AiP2206雙向電平轉(zhuǎn)換電路

除上述方法外，還可以通過專用電路實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，例如無錫中微愛芯的AiP2206雙向電平轉(zhuǎn)換電路。它的優(yōu)勢明顯：漏電流低、速率高、驅(qū)動能力強，并且支持雙向轉(zhuǎn)換。其具體介紹如下：

產(chǎn)品特點

兼容標(biāo)準(zhǔn)模式、快速模式及快速模式Plus I2C總線和SMBus

小于1.5ns的最大傳輸延遲，適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)模式和快速模式I2C總線器件和多個主控制器

允許電平轉(zhuǎn)換如：

1.0V?1.8V、2.5V、3.3V、5V

1.2V?1.8V、2.5V、3.3V、5V

1.8V?3.3V、5V

2.5V?5V

3.3V?5V

無需控制電平轉(zhuǎn)換方向

輸入輸出引腳間3.5歐姆的低導(dǎo)通電阻，提供更小的信號失真。

開漏I2C總線I/O端口(SCL1，SDA1，SCL2和SDA2)

I2C總線的I/O口具有5V耐壓值，支持混合模式信號操作

EN為低電平時，SCL1、SDA1、SCL2和SDA2端口為高阻抗?fàn)顟B(tài)

自由鎖定

功能框圖

引腳排列圖

典型應(yīng)用圖

開關(guān)總使能

開關(guān)使能控制

總結(jié)

AiP2206可以高速、有效、便捷地解決系統(tǒng)間電平不匹配問題，因此可以廣泛應(yīng)用于各種控制信號復(fù)雜的系統(tǒng)中。更多詳情信息，歡迎咨詢。

審核編輯：湯梓紅