電平轉(zhuǎn)換在串口通訊中非常常用，電路設(shè)計(jì)很多時(shí)候就像在搭積木，這個(gè)電路模塊，加上那個(gè)電路模塊，拼拼湊湊連起來就是一個(gè)電子產(chǎn)品了。而各電路模塊間經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電壓域不一致的情況，所以模塊間的通訊就要使用電平轉(zhuǎn)換電路了，用MOS管實(shí)現(xiàn)的TTL電平轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)換電路進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì)。

如下圖所示，用XFG1和XFG2函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生方波代替通訊時(shí)的電平變化，控制開關(guān)S1A和S2A可以控制5V端和3.3V端分別產(chǎn)生方波脈沖從而模擬串口通訊時(shí)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(yùn)行軟件，分別打開5V端函數(shù)發(fā)生器或者3.3V端函數(shù)發(fā)生器都可得到如下波形，從波形可知此電路實(shí)現(xiàn)了雙向電平轉(zhuǎn)換的功能。

仿真波形圖

經(jīng)過分析可知此電路的主要原理如下：

1、當(dāng)XFG1函數(shù)發(fā)生器輸出高電平時(shí)(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(dāng)XFG1函數(shù)發(fā)生器輸出低電平時(shí)(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(dǎo)通電壓，MOS管導(dǎo)通，5V電平端通過MOS管被拉到低電平。

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

4、當(dāng)S2A函數(shù)發(fā)生器輸出低電平時(shí)(5V端串口輸出低電平)：MOS管不導(dǎo)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(shí)Vgs約等于3.3V，MOS管導(dǎo)通，進(jìn)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(shù)據(jù)手冊是怎么說明這個(gè)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(shí)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：