使用multisim軟件的電平轉換電路仿真設計

電平轉換在串口通訊中非常常用，電路設計很多時候就像在搭積木，這個電路模塊，加上那個電路模塊，拼拼湊湊連起來就是一個電子產品了。而各電路模塊間經常會出現電壓域不一致的情況，所以模塊間的通訊就要使用電平轉換電路了，用MOS管實現的TTL電平轉換電路，實現3.3V電壓域與5V電壓域間的雙向通訊。本次分享主要使用multisim仿真軟件對基于MOS管的電平轉換電路進行了仿真設計。

如下圖所示，用XFG1和XFG2函數發生器產生方波代替通訊時的電平變化，控制開關S1A和S2A可以控制5V端和3.3V端分別產生方波脈沖從而模擬串口通訊時不同電平端的電平變化情況，利用XSC1雙路示波器分別檢測5V電平端和3.3V電平端的電平變化情況。

multisim仿真截圖

運行軟件，分別打開5V端函數發生器或者3.3V端函數發生器都可得到如下波形，從波形可知此電路實現了雙向電平轉換的功能。

仿真波形圖

經過分析可知此電路的主要原理如下：

1、當XFG1函數發生器輸出高電平時(3.3V端串口輸出高電平)：MOS管的Vgs = 0，MOS管截止，5V電平端被電阻R3上拉到5V。

2、當XFG1函數發生器輸出低電平時(3.3V端串口輸出低電平)：MOS管源極電壓為0V，MOS管的Vgs = 3.3V，大于導通電壓，MOS管導通，5V電平端通過MOS管被拉到低電平。

3、當XFG2函數發生器輸出高電平時(5V端串口輸出高電平)：MOS管Q1的Vgs=0不變，MOS維持關閉狀態，3.3V電平端被電阻R2上拉到3.3V。

4、當S2A函數發生器輸出低電平時(5V端串口輸出低電平)：MOS管不導通，但是它有體二極管，MOS管里的體二極管把3.3V電平端拉低到低電平，此時Vgs約等于3.3V，MOS管導通，進一步拉低了3.3V電平端的電壓。

注意：低電平指等于或接近0V，高電平指等于或接近電源電壓。所以3.3V電壓域的器件，其高電平為等于或接近3.3V；5V電壓域的器件，其高電平為等于或接近5V。具體要求看芯片的數據手冊是怎么說明這個限定范圍的，常見的比如說0.3倍的“芯片供電電壓”以下為低電平，0.7倍的“芯片供電電壓”以上為高電平。也就是說“芯片供電電壓”為5V的時候，5 x 0.3 = 1.5V 以下為低電平，5 x 0.7 = 3.5V 以上為高電平，如下圖所示：