飞控电路板基础知识 飞凌干货几种常见的电平转换电路分析及应用

在电路设计过程中，输入输出信号电平不匹配问题很常见，这时就需要设计人员对信号进行电平转换。常见的电平转换电路有以下几种：

图1中RX为3.3V TTL电平与485驱动器的5V电平转换。当驱动器输出为5V信号时，二极管不通，RX通过上拉电阻被拉到CPU可接受的3.3V电平；当驱动器输出为低时，二极管导通，RX通过二极管被拉至低电平，不过此时的低电平为二极管的正向导通压降，这个值一定要在CPU所能识别的低电平范围之内。由于MAX13487所能识别的高电平的最小阈值为2V，能将3.3V电平识别为高电平，所以对于TX端不需要进行电平转换也可正常工作。

图1

注意： 此电路仅能应用在输入信号电平大于输出信号电平的转换。考虑通信速率与低电平电压幅值，二极管选用高速肖特基二极管，并且V_F尽量小，如BAT54HT。

2、由三极管构成的单向电平转换电路

图2中UART1为CPU的调试串口的TTL电平为1.8V，232驱动器的TTL电平为3.3V，由于MAX3232所能识别的高电平的最小阈值为2V，所以需要将CPU的1.8V TTL电平进行转换。

CPU的TX端通过NPN三极管进行电平转换后进入MAX3232的TIN，当CPU的UART1_TX输出为高1.8V时，三极管不通，MAX3232的T2IN信号被上拉电阻拉至3.3V；当CPU的UART1_TX输出为低时，三极管满足饱和导通条件，MAX3232的T2IN信号被拉低，此时的低电平为三极管的饱和导通压降值。

图2

注意：此电路对输入和输出电平的高低没有要求，适用性很好。

若整板无1.8V电平，三极管的基级电压也可用3.3V分压获得。需注意的是，转换后的输出低电平为三极管的饱和压降，对于输出低电平电压幅度有较严格的要求，NPN管需要选用饱和压降小些的管子。

3、由MOS管构成的双向电平转换电路

图1和图2的串口TTL信号均为单向信号，还有很多双向电平转换信号如I2C，图3为常见的I2C双向电平转换电路。

• 当左侧电压为高电平1.8V时，MOS管不导通，右侧上拉3.3V高电平；
• 当左侧电压为低电平时，MOS管导通，右侧被拉低；
• 当右侧电压为高电平3.3V时，MOS管不通，左侧上拉1.8V高电平；
• 当右侧电压为低电平时，右侧电压通过体二极管被拉低。

图3

注意：此电路选择时，MOS管的开关速率与开启电压是选型时的重要参考参数，低压部分的电压必须大于MOS管的阈值才能够完全打开MOS管，AO3400的Vgs为0.7-1.4V，开关速度为ns级，满足I2C的通讯速率。

4、集成IC组成的双向电平转换电路

某些转换速度达到几十MHz级别的信号电平转换时，需要一些转换速率较高的集成芯片，如MAC与PHY通讯时所用的MDIO与MDC信号。图4为应用TI的LSF0102对网络的MDIO与MDC进行3.3V与1.8V电平转换。此芯片最高可支持100MHz信号电平转换，且为双向转换

图4

另外还有一些单路转换的驱动芯片，如SN74LVC2T45，通讯速率最高可达到420Mbps。

总结：二、三级管组成的电平转换电路，优点是价格非常低，缺点是要求使用在信号频率较低的条件下。高电平通过上拉电阻拉至高电平，上拉电阻越小，速率越高，但是电路的功耗也越高，所以在低功耗要求严格的电路中需要慎重考虑。在选择二、三极管时，尽量选用结电容小、开关速率高的管子。

集成IC组成的电平转换电路，优点是速率高，通常可以用在几十MHz信号的电平转换中。缺点是成本较高，在成本控制严格的产品中综合考虑性能与价格进行选型。