MCU常用电平转换电路设计（二）

二、分立元器件实现

分立器件搭建电平转换电路的方式有很多，下面介绍一些常见的转换电路

1、用 NPN 管搭建的单向电平转换电路
（1）如下图 3 为一款单向电平转换的分立电路。左侧 IN 为输入，右侧 OUT 为输出，左右两侧分别为相互转换的两个不同的电压域。其实现原理如下：
当 IN 输入 0V 时，三极管 Q1 导通，OUT 被拉低到接近 0V 电平，实现低电平转换；
当 IN 输入高电平(VDDA)时，三极管 Q1 截止，此时 OUT 被上拉至 VDDB，从而实现高电平转换。
C1 作用，我们通常会在 R1 上并联一个小电容，滤除转换过程中的干扰；
R2 摆放位置，R2 注意放在靠近 1V8 电压域所在的模块附近；

（2）使用注意事项：

       1）电路接法，一般输入端 IN 接串口的设备 A 的 TXD，接收端 OUT 接设备 B 的 RXD；

       由于三极管存在极间电容，因此该电路适用于速率要求不高、成本较低的方案  ；使用频率应小于1MHz若将此电路用在高速场合下，波形出现了明显的畸变。

2、由两个 NPN 管搭建的单向电平转换电路单向转换的电路，如下图 6 实现原理如下：

（1）当输入 IN 为低电平时，三极管 Q1 关断，三极管 Q2 导通，输出 OUT 被拉低，从而实现低电平转换；当输入 IN 为高电平(VDDA)时，三极管 Q1 导通，从而            三极管 Q2 被拉低关断，从而输出 OUT 被 R4 拉高到 VDDB，从而实现高电平转换。此电路只能实现左侧 IN 输入，右侧 OUT 输出，不能反向传输。

3、用 MOS 管搭建的双向电平转换电路

（1）如上图所示是常用的分立器件搭的电平转换电路，具体工作过程如下：

         1）当 Net1 输出高电平时，MOS 管 Q1 的 Vgs=0，MOS 管关闭，Net2 被电阻R2 上拉到 5V；

         2）当 Net1 输出低电平时，MOS 管 Q1 的 Vgs=3.3V，大于导通电压阈值，MOS 管导通，Net2 通过

            MOS 管被拉低到低电平；

        3）当 Net2 输出高电平时，MOS 管 Q1 的 Vgs 不变，MOS 管维持关闭状态，Net1 被电阻 R1 上拉到

           3.3V；

       4）当 Net2 输出低电平时，MOS 管 Q1 不导通，MOS 管先经过体二极管把 Net1 拉低到低电平，此时 Vgs≈3.3V，MOS 管导通，进一步拉低 Net 的电压；

（2）注意事项：

      1）该电路只能用于收发双方都是开集（Open Collector, OC）或开漏（Open Drain, OD）结构输出的双向信号线。比如常见的 I2C 通讯。

      2）VCC_S1 <= VCC_S2

      3）MOS 管导通电压门限（Vth(GS)里面的最大值）需要小于低电源电压。

我们常用的电平转换电路存在一些灰色的地带吗

这些电平之间有相互交叉的时候，那么如何进行区分呢

单片机常用的电平的范围一般在多少之间呢

单片机能承受多少伏的电压 是和供电电压有关系吗

这种电平转换电路会产生额外的电磁干扰吗

自己搭建的电平转换电路 管子的选型非常重要

使用二极管将不同电平的信号进行钳位，使得电平能够匹配。

三极管将不同电平的信号进行单向电平转换，使得电平能够匹配。

通过使用两个电阻将高电平转换为低电平。

当输入信号高于MCU的电压时，通过一个正向偏置二极管连接到MCU引脚上，从而将信号限制在MCU的电压范围内。

MOS管将不同电平的信号进行双向电平转换

当需要在MCU和其他设备之间进行双向通信时，可以使用双向电平转换器。

使用电阻将高电平的信号进行分压，使得低电平的信号能够匹配。

需要将5V的信号转换为3.3V，你可以使用一个上拉电阻和一个下拉电阻来实现。这种方法简单易用

使用两个电阻将输入信号分压为适合MCU输入的电平

使用场效应管（MOSFET）或双向电平转换芯片来实现 电平转换

在选择电平转换电路时，需要考虑输入信号的电压范围、MCU的工作电压、转换速度要求以及其他特殊需求。

使用专门的电平转换芯片（如74HC4050、74HCT125等）

如果MCU使用3.3V的逻辑电平，而输入信号电平为5V，则可以使用两个电阻形成一个分压电路，将5V的输入信号分压到3.3V。