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        6. MOS管電平轉換電路中的問題解析
          • 發布時間:2022-06-10 20:29:52
          • 來源:
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          MOS管電平轉換電路中的問題解析
          MOS管電平轉換電路
          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。
          MOS管 電平轉換電路
          MOS管 電平轉換電路
          電路原理很簡單,分兩種情況:
          1.  從A到B
          A為高電平時,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,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。
          MOS管 電平轉換電路
          分析一下工作過程,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。
          MOS管 電平轉換電路
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