簡介

在新一代電子電路設計中, 隨著低電壓邏輯的引入, 系統內部常常出現輸入-輸出邏輯不協調的問題, 從而提高了系統設計的復雜性。例如, 當1.8V的數字電路與工作在3.3V的模擬電路進行通信時，需要首先解決兩種電平的轉換問題, 這時就需要電平轉換電路。

幾種電平轉換方式的優劣勢

1、使用晶體管轉換電平

如下圖，使用2個NPN三極管，將輸入信號電平VL和轉換為輸出電平VH，使用2個三極管的目的是將輸入和輸出信號同相，如果可以接受反相，使用一個三極管也可以。

優勢：

1) 價格：三極管比較常見并且容易采購，價格低廉。

2) 驅動能力強：驅動能力取決于三極管，可以做到數十mA。

劣勢：

1) 速度：兩級三極管屬于電流驅動型，加上電路和寄生電容，轉換后的波形不是十分理想。一般只能用于100K以內的信號轉換。

2) 器件多：同相轉換需要2個三極管以及配套的電阻，只能單向轉換。

3) 漏電流高：輸出漏電流會過大。

2、使用電阻分壓轉換電平

如下圖，主機接受信號時，R2和R3構成分壓。

優勢：

1) 成本：每路信號僅需要兩個電阻，成本低;

2) 容易實現：電阻采購容易，占用面積小。

劣勢：

1) 速度：分壓法為了降低功耗，使用KΩ級別以上的電阻，加上電路和器件的分布和寄生電容，因此能夠達到的通訊速率較低，一般只能應用于100KHz以內的通訊速率。

2) 驅動能力：由于使用了大阻值的電阻，因此通訊端的驅動電流能力變弱，不適合需要高驅動能力的場合。

3)方向：電阻分壓只能降低電平，不能升高電平。

3、使用電阻限流轉換電平

部分硬件工程師有時會通過使用電阻進行限流的方式，實現兩個不同電平之間的轉換。具體的現實原理就是利用芯片的輸入電流不超過某個值，例如74HC系列的芯片的輸入電流值不能超過20mA，則認為是安全的;如果是5V轉3.3V，只要電阻大于(5-3.3V)/20mA=85Ω，則認為是安全的。因為芯片內部是可以等效一個負載電阻RL，與R1構成分壓的關系。

優勢：

1) 成本：只需要一個電阻即可。

劣勢：

1) 難以實現，不僅需要十分熟悉芯片內部的構成，而且還要考慮限流后的電壓范圍。

2)只能從高電平轉低電平。

4、使用二極管鉗位轉換電平

如下圖是5V轉3.3V，輸入是高電平時，3.3Vout=3.3V+Vd≈4V，當5V電平輸入為低電平時，3.3Vout=0V。

優勢：

1) 漏電流小：二極管的漏電流非常小(uA級)

2) 容易實現：二極管、電阻采購容易，占用面積小。

劣勢：

1) 電平誤差大：主要是二極管的正向壓降較大，容易超出芯片的工作電壓范圍。

2) 速度和驅動能力不理想：由于電阻限流，驅動速度和能力均不理想，只能應用在100K以內的頻率。

AiP2206雙向電平轉換電路

除上述方法外，還可以通過專用電路實現電平轉換，例如無錫中微愛芯的AiP2206雙向電平轉換電路。它的優勢明顯：漏電流低、速率高、驅動能力強，并且支持雙向轉換。其具體介紹如下：

產品特點

兼容標準模式、快速模式及快速模式Plus I2C總線和SMBus

小于1.5ns的最大傳輸延遲，適應標準模式和快速模式I2C總線器件和多個主控制器

允許電平轉換如：

1.0V?1.8V、2.5V、3.3V、5V

1.2V?1.8V、2.5V、3.3V、5V

1.8V?3.3V、5V

2.5V?5V

3.3V?5V

無需控制電平轉換方向

輸入輸出引腳間3.5歐姆的低導通電阻，提供更小的信號失真。

開漏I2C總線I/O端口(SCL1，SDA1，SCL2和SDA2)

I2C總線的I/O口具有5V耐壓值，支持混合模式信號操作

EN為低電平時，SCL1、SDA1、SCL2和SDA2端口為高阻抗狀態

自由鎖定

功能框圖

引腳排列圖

典型應用圖

開關總使能

開關使能控制

總結

AiP2206可以高速、有效、便捷地解決系統間電平不匹配問題，因此可以廣泛應用于各種控制信號復雜的系統中。更多詳情信息，歡迎咨詢。

審核編輯：湯梓紅