单颗三极管实现电平转换

Posted 2022-03-08 三明治开发社区

电平转换针对的是两个或者两个以上的CPU之间的通讯需要进行的一种转换技术，两个CPU如果供电电压不一样，比如一个是1.2V，另一个是3.3V，那么在电平不匹配的情况下工作，会造成信号传输出错；如果二者电压相差较大，严重的可能会损坏芯片。

今天给大家介绍如何用一颗三极管实现的电平转换。

方案一

如图

其中IN为低压系统，OUT为高压系统，以3.3V和5V举例，

当IN端为3.3V高电平时，Q2三极管Ube电压差小于0.7V，Ub<Uc，Q2三极管截止，由于R5电阻上拉至5V，因此OUT端电压为5V；

当IN端为0V低电平时，Q2三极管Ube电压差大于0.7V，Ub>Uc，Q2三极管导通，OUT端电压等于IN端，也为0V；

由此实现3.3V至5V的电平转换。

当然，我们也可以将三极管替换为mos管。

在测试中，我们发现一个奇怪的现象，我们把波形放大，发现电平并不是马上从0V上升到5V，而是先升到3.3V，再升到5V，整体需要花费一定时间，其中三极管大约0.95us，mos管时间长一些，约4us，mos管波形如下图

由此可知，方案一存在响应较慢的弊端，针对信号频率超过1Mhz的场景，方案一会导致波形失真，信号损失。

方案二
如图

当IN端为0V低电平时，Q3三极管Ube电压差小于0.7V，Ub<Uc，Q2三极管截止，由于R5电阻上拉至5V，因此OUT端电压为5V；

当IN端为3.3V高电平时，Q3三极管Ube电压差大于0.7V，Ub>Uc，Q2三极管导通，OUT端连接到GND，因此电平为0V；由此实现3.3V至5V的电平转换

这种设计的优点就是电平响应快，上升至高电平约150ns，下降至低电平约25ns，弊端就是输入和输出信号相反。具体波形可如下

上升波形

下降波形

整体波形

若将三极管替换为mos管

波形如下

上升波形

下降波形

可见响应速度也得到很大的提升。

总结

因此，在特定情况，我们需要设计特定的电路，比如简单的串口电平转换，在波特率不是特别高的情况下，我们可以采用方案一的设计。

如果时因对响应需求较高的场景，比如使用下面这颗WS2812 智能外控集成LED时，方案一就不适用了

由手册可知，0码的表示方法为220ns_{380ns的高电平+580ns}1us的低电平，但是方案一上升时间就接近1us，信号传输必定错误，

因此需要采用方案二。
————————————————
转载说明：本文为CSDN博主「caijixnun」的原创文章
原文链接：https://blog.csdn.net/sinat_25731821/article/details/123249976