使用MOS管搭建雙向電平轉換電路設計

最近在設計中碰到一個簡單，但是稍不注意就出錯的問題，在此分享一下。

在電路開發過程中，我們經常遇到兩個系統電平不一致的情況，比如IIC通信。使用MOS管搭建雙向電平轉換電路，是比較常見的做法，電路如圖1中虛線框所示，MOS管的部分參數如圖2所示。

圖1

圖2

電路原理很簡單，分兩種情況：

1. 從A到B

A為高電平時，MOS管關斷，B端通過上拉，輸出高電平;

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

A為高阻態時，MOS管關斷，B端通過上拉，輸出高電平。

2. 從B到A

B為高電平時，MOS管關斷，A端通過上拉，輸出高電平;

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

B為高阻態時，MOS管關斷，A端通過上拉，輸出高電平。

一直以來使用這個電路沒有出現過問題，所以這次也是不假思索的照搬過來，但結果是上電后，模塊B無法正常啟動工作。

出現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， 其在上電時需要通過下拉10K電阻R3到GND實現低電平，并維持一段時間，以確保模塊B能正常啟動。 但如果直接使用該轉換電路，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，已經達到了模塊B的高電平標準，因此，模塊B啟動失敗，之后該引腳一直輸出為低電平。

圖3

分析下工作過程， 上電瞬間，B點電壓是3.3V通過R2和R3分壓后得到 ，理論值等于2.2V，與實測波形接近。在該電路中，信號流是從B到A單向傳輸的，因此想到可以去掉電阻R2，那樣B點在上電瞬間就不會有上拉電壓，但是實際去掉R2后，模塊B依舊無法啟動。進一步分析，在上電瞬間B點電壓確實為0，但是也因此導致Vgs=3.3V，MOS管導通，R3又和上拉電阻R1形成了分壓關系，導致B點無法拉到低電平。

因此，如果想要繼續使用該電平轉換電路的話，必須加大上拉電阻R1和R2的值，使分壓后的B點電位達到低電平標準，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三極管組成的電平轉換電路，如圖4所示，問題解決。

圖4