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MOS电路在AT32电路上的巧妙用法

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elsaflower|  楼主 | 2024-2-25 23:02 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
一个IIC的5V和3.3V电平转换的经典电路分享

  • 在电平转换器的操作中要考虑下面的三种状态:
    • 没有器件下拉总线线路。“低电压”部分的总线线路通过上拉电阻Rp 上拉至3.3V。 MOS-FET 管的门极和源极都是3.3V,
      所以它的VGS 低于阀值电压,MOS-FET 管不导通。这就允许“高电压”部分的总线线路通过它的上拉电阻Rp
      拉到5V。此时两部分的总线线路都是高电平,只是电压电平不同。
    • 一个3.3V 器件下拉总线线路到低电平。MOS-FET 管的源极也变成低电平,而门极是3.3V。
      VGS上升高于阀值,MOS-FET 管开始导通。然后“高电压”部分的总线线路通过导通的MOS-FET管被3.3V
      器件下拉到低电平。此时,两部分的总线线路都是低电平,而且电压电平相同。
    • 一个5V 的器件下拉总线线路到低电平。MOS-FET 管的漏极基底二极管“低电压”部分被下拉直到VGS 超过阀值,MOS-FET
      管开始导通。“低电压”部分的总线线路通过导通的MOS-FET 管被5V
      的器件进一步下拉到低电平。此时,两部分的总线线路都是低电平,而且电压电平相同。
      这三种状态显示了逻辑电平在总线系统的两个方向上传输,与驱动的部分无关。状态1 执行了电平转换功能。状态2 和3 按照I2C
      总线规范的要求在两部分的总线线路之间实现“线与”的功能。 除了3.3V VDD1 和5V VDD2 的电源电压外,还可以是例如:2.5V
      VDD1 和12V VDD2。在正常操作中,VDD2必须等于或高于VDD1(在开关电源时允许VDD2 低于VDD1)。


MOS-N 场效应管 双向电平转换电路 – 适用于低频信号电平转换的简单应用
如上图所示,是 MOS-N 场效应管 双向电平转换电路。
双向传输原理:
为了方便讲述,定义 3.3V 为 A 端,5.0V 为 B 端。

A端输出低电平时(0V) ,MOS管导通,B端输出是低电平(0V)
A端输出高电平时(3.3V),MOS管截至,B端输出是高电平(5V)
A端输出高阻时(OC) ,MOS管截至,B端输出是高电平(5V)

B端输出低电平时(0V) ,MOS管内的二极管导通,从而使MOS管导通,A端输出是低电平(0V)
B端输出高电平时(5V) ,MOS管截至,A端输出是高电平(3.3V)
B端输出高阻时(OC) ,MOS管截至,A端输出是高电平(3.3V)

优点:
1、适用于低频信号电平转换,价格低廉。
2、导通后,压降比三极管小。
3、正反向双向导通,相当于机械开关。
4、电压型驱动,当然也需要一定的驱动电流,而且有的应用也


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沙发
benjaminka| | 2024-3-1 20:56 | 只看该作者
IIC 电平转换是在不同电平系统之间传递信号时常见的需求,例如从5V电平转换到3.3V电平,或者反之内。以下是一个简单的5V到3.3V电平转换的电路设计,使用了MOSFET作为开关来实现电平的转换。

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板凳
elsaflower|  楼主 | 2024-3-1 22:06 | 只看该作者
设计一个有效的I2C电平转换电路时,要确保无论哪一侧设备驱动总线,另一侧设备都能够正确识别高低电平,并且保护双方不受电压差带来的损害。

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地板
uiint| | 2024-3-2 02:38 | 只看该作者
二极管电平转换电路:这种电路使用二极管来实现电平的钳位,简单且成本较低。但是需要注意转换的方向,高电压端和低电压端不可调换。

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5
robincotton| | 2024-3-2 08:05 | 只看该作者
NMOS管必须能够耐受5V的电源电压,这样才能在5V系统侧设备驱动总线时承受住5V电平,同时不会将其传递到3.3V系统。
当5V系统侧设备驱动总线时,由于NMOS管的栅源电压(Vgs)大于阈值电压,NMOS管会导通,此时3.3V系统侧看到的将是经过NMOS管导通电阻的降压后的近似5V电平,但仍需确保此电平不会超过3.3V系统能承受的最大输入电平。

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6
macpherson| | 2024-3-2 10:22 | 只看该作者
当5V总线为低电平时,时钟振荡器产生的控制信号使得MOSFET的门极电压高于源极电压,从而开启MOSFET。这样,源极与漏极之间的电阻急剧减小,总线被迅速拉至地电平。此时,上拉电阻Rp将电平上拉至3.3V。

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7
sdlls| | 2024-3-2 16:46 | 只看该作者
当5V设备驱动SDA或SCL线为低电平时,相应的NMOS管的栅极和源极之间的电压差大于阈值电压(Vgs(th)),使得NMOS管导通,从而将3.3V侧的SDA或SCL线拉低。由于NMOS管的导通电阻很低,所以不会影响信号的质量。

当5V设备释放SDA或SCL线时,由于3.3V侧的上拉电阻Rp,3.3V侧的SDA或SCL线会被上拉至高电平。此时,NMOS管的栅极和源极之间的电压差小于阈值电压,NMOS管截止,从而实现了电平转换。

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8
cemaj| | 2024-3-2 18:42 | 只看该作者
在I2C总线系统中,5V和3.3V的电平转换是一个常见的需求,特别是在混合电压环境中。经典的电平转换电路通常涉及使用MOS场效应晶体管(MOSFET)来实现两种电压之间的转换。下面介绍的这个电路就是一个典型的例子,它能够在没有器件下拉总线线路的情况下,通过上拉电阻Rp将“低电压”部分的总线线路拉至3.3V。

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51xlf| | 2024-3-2 22:19 | 只看该作者
没有器件下拉总线线路:在这种情况下,总线线路处于高阻态,MOSFET管的门极电压为3.3V,源极电压也为3.3V。由于门极和源极之间的电压差为0V,MOSFET管不导通,总线线路保持高阻态。

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qiufengsd| | 2024-3-3 09:34 | 只看该作者
电路设计考虑到了电平转换过程中的三种状态,确保了在不同状态下电路都能正确地转换电平。此外,这个电路还能允许两种电压系统的器件在同一总线上共存,而不相互干扰。

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usysm| | 2024-3-3 11:41 | 只看该作者
当总线上没有设备下拉SCL或SDA线时,一般通过上拉电阻Rp将“低电压”侧(3.3V)的总线线路上拉至3.3V电平。
对于5V系统的设备,由于MOS管的作用,即使总线在5V系统侧处于高电平(接近5V),只要“低电压”侧(3.3V)通过上拉电阻Rp维持在3.3V以上,NMOS管就会截止,从而不会将5V传送到3.3V系统一侧。

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backlugin| | 2024-3-3 13:43 | 只看该作者
I2C总线电平通常有两种标准:5V和3.3V。当需要在不同电平标准的设备之间进行通信时,就需要进行电平转换。

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13
macpherson| | 2024-3-3 15:37 | 只看该作者
MOS-FET管的门极和源极都是3.3V:在这种情况下,MOSFET管的门极电压为3.3V,源极电压也为3.3V。由于门极和源极之间的电压差为0V,MOSFET管不导通,总线线路保持高阻态。

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hearstnorman323| | 2024-3-3 17:30 | 只看该作者
工作原理:

高电平状态(5V):当MCU的SDA或SCL引脚输出高电平(5V)时,MOSFET的栅极电压也为5V,这会导致MOSFET导通,源极和漏极之间形成通路。此时,I2C设备的SDA或SCL引脚被拉至3.3V,实现了从5V到3.3V的电平转换。
低电平状态(0V):当MCU的SDA或SCL引脚输出低电平(0V)时,MOSFET的栅极电压为0V,MOSFET截止,源极和漏极之间断开。此时,I2C设备的SDA或SCL引脚通过上拉电阻Rp上拉至3.3V。
没有器件下拉总线线路:当I2C总线上没有连接任何设备时,总线线路处于悬空状态。由于MOSFET的源极和漏极之间已经断开,总线线路的状态不会影响MOSFET的工作。此时,总线线路的状态由MCU控制。

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alvpeg| | 2024-3-3 19:23 | 只看该作者
选择适当的上拉电阻Rp,以确保在MOSFET截止时,I2C设备的SDA或SCL引脚能够可靠地被上拉至3.3V。

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uiint| | 2024-3-3 22:19 | 只看该作者
没有器件下拉总线线路:在这种情况下,3.3V侧的上拉电阻Rp会将总线线路拉至高电平。当5V设备需要驱动总线线路为低电平时,NMOS管会导通,将总线线路拉低。
有器件下拉总线线路:在这种情况下,5V设备会驱动总线线路为低电平,NMOS管会导通,将3.3V侧的总线线路拉低。此时,3.3V设备会读取到低电平信号。
总线线路空闲:在没有设备驱动总线线路时,3.3V侧的上拉电阻Rp会将总线线路拉至高电平。此时,5V设备会读取到高电平信号。

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robincotton| | 2024-3-4 11:55 | 只看该作者
一个使用MOSFET管实现5V到3.3V电平转换的经典电路示例。在这个电路中,我们将使用一个N沟道MOSFET管(例如:2N7002)作为开关,通过控制其栅极(Gate)电压来控制源极(Source)和漏极(Drain)之间的通断。

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youtome| | 2024-3-4 16:33 | 只看该作者
而当总线为低电平时,情况就有所不同。假设有一个3.3V的器件将总线拉低,这时MOSFET管的源极变为低电平,而门极仍然是3.3V。这样,VGS就会上升到高于MOSFET的阈值电压,使MOSFET管导通。导通后的MOSFET允许“高电压”部分的总线线路通过它被3.3V器件下拉到低电平。

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我喜欢打游戏| | 2024-3-4 17:28 | 只看该作者
M0S会不会限制电平切换速度啊

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gygp| | 2024-3-5 08:50 | 只看该作者
没有器件下拉总线线路:在这种情况下,"低电压"部分的总线线路应通过上拉电阻Rp上拉至3.3V,以确保信号的正确识别。
MOS-FET管的门极和源极都是3.3V:这要求MOSFET管的VGS(门源电压)低于阈值电压,使得MOS-FET管不导通。这样可以允许"高电压"部分的总线线路保持其电平状态。
保护低压器件:电平转换电路应能够将掉电的总线部分与剩下的总线系统隔离开来,以防止高压器件产生的高电压毛刺损坏低压器件。

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