MOS管電平轉(zhuǎn)換電路中的問題分析-KIA MOS管

MOS管電平轉(zhuǎn)換電路

在電路開發(fā)過程中，我們經(jīng)常遇到兩個(gè)系統(tǒng)電平不一致的情況，比如IIC通信。

使用MOS管搭建雙向電平轉(zhuǎn)換電路，是比較常見的做法，電路如圖1中虛線框所示，MOS管的部分參數(shù)如圖2所示。

MOS管電平轉(zhuǎn)換電路

電路原理很簡單，分兩種情況：

1. 從A到B

A為高電平時(shí)，MOS管關(guān)斷，B端通過上拉，輸出高電平；

A為低電平時(shí)，MOS管內(nèi)的體二極管導(dǎo)通，使MOS管的S極被拉低，從而使Vgs=3.3V>Vgs(th)=1.6V，MOS管導(dǎo)通，B端被拉低，輸出低電平；

A為高阻態(tài)時(shí)，MOS管關(guān)斷，B端通過上拉，輸出高電平。

2. 從B到A

B為高電平時(shí)，MOS管關(guān)斷，A端通過上拉，輸出高電平；

B為低電平時(shí)，Vgs=3.3V>Vgs(th)=1.6V，MOS管導(dǎo)通，A端被拉低，輸出低電平；

B為高阻態(tài)時(shí)，MOS管關(guān)斷，A端通過上拉，輸出高電平。

一直以來使用這個(gè)電路沒有出現(xiàn)過問題，但結(jié)果是上電后，模塊B無法正常啟動工作。

出現(xiàn)該問題的原因也很簡單，就是模塊B的通信引腳除了通信之外，還有其他作用，如圖1所示，其在上電時(shí)需要通過下拉10K電阻R3到GND實(shí)現(xiàn)低電平，并維持一段時(shí)間，以確保模塊B能正常啟動。

但如果直接使用該轉(zhuǎn)換電路，示波器測量到的模塊B引腳電平，在上電瞬間的波形如圖3所示，可以看到幅值在2.3V左右，已經(jīng)達(dá)到了模塊B的高電平標(biāo)準(zhǔn)，因此，模塊B啟動失敗，之后該引腳一直輸出為低電平。

MOS管電平轉(zhuǎn)換電路

分析一下工作過程，上電瞬間，B點(diǎn)電壓是3.3V通過R2和R3分壓后得到，理論值等于2.2V，與實(shí)測波形接近。

在該電路中，信號流是從B到A單向傳輸?shù)?，因此想到可以去掉電阻R2，那樣B點(diǎn)在上電瞬間就不會有上拉電壓，但是實(shí)際去掉R2后，模塊B依舊無法啟動。

進(jìn)一步分析，在上電瞬間B點(diǎn)電壓確實(shí)為0，但是也因此導(dǎo)致Vgs=3.3V，MOS管導(dǎo)通，R3又和上拉電阻R1形成了分壓關(guān)系，導(dǎo)致B點(diǎn)無法拉到低電平。

因此，如果想要繼續(xù)使用該電平轉(zhuǎn)換電路的話，必須加大上拉電阻R1和R2的值，使分壓后的B點(diǎn)電位達(dá)到低電平標(biāo)準(zhǔn)，但是上拉電阻改的太大的話，A端高電平可能會有問題，所以最終選擇使用兩個(gè)三極管組成的電平轉(zhuǎn)換電路，如圖4所示，問題解決。

MOS管電平轉(zhuǎn)換電路