偶看新闻催人泪下的动物电影:I2C 总线系统的双向电平转换电路 Level
来源：百度文库 编辑：偶看新闻 时间：2024/04/28 09:32:51
现代的集成电路工艺加工的间隙可达0.5μm， 而且很少限制数字I/O 信号的最大电源电压和逻辑电平。为了将这些低电压电路与已有的5V 器件接口，需要一个电平转换器。对于双向的总线系统像I2C 总线，电平转换器必须也是双向的，不需要方向选择信号。 解决这个问题的最简单方法是连接一个分立的OS-FET管到每条总线线路。
尽管这个方法非常简单但它不仅能不用方向信号就能满足双向电平转换的要求还能：
• 将掉电的总线部分与剩下的总线系统隔离开来
• 保护低电压器件防止高电压器件的高电压毛刺波
连接逻辑电平不同的器件
可以通过将电压不同的器件通过连接到电源电压线的上拉电阻连接到相同的总线，尽管这是最简单的解决方法，低电压的器件必须能容忍5V ，使它们的生产更昂贵。但是，通过使用双向电平转换器可以将电源电压和逻辑电平不同的两部分I2C 总线连接起来。配置入图所示。左边的“低电压”部分有上拉电阻而且器件连接到3.3V 的电源电压，右边的“高电平”部分有上拉电阻，器件连接到5V 电源电压。两部分的器件都有与逻辑输入电平相关的电源电压和开漏输出配置的I/O。
每条总线线路的电平转换器是相同的，而且由一个分立的N通道增强型MOS-FET 管、串行数据线SDA的TR1 和串行时钟线SCL 的TR2 组成。门极（g） 要连接到低电源电压VDD1， 源极（s） 连接到“低电压”部分的总线线路，而漏极（d） 则连接到高电压部分的总线线路。很多MOS-FET 管的基底与它的源极内部连接，如果内部没有连接，就必须建立一个外部连接。每个MOS-FET 管在漏极和基底之间都有一个集成的二极管（n-p 结）。
电平转换器的操作
在电平转换器的操作中要考虑下面的三种状态：
1 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。
2 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。
3 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：2V VDD1 和10V 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）。 http://hi.baidu.com/william_201011/blog/item/180e09cadd84052df8dc61e9.html