CN103716037A

CN103716037A - 一种双向电平转换电路

Info

Publication number: CN103716037A
Application number: CN201310695044.6A
Authority: CN
Inventors: 尹奇红; 杨维先
Original assignee: Shenzhen Xinguodu Tech Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Xinguodu Tech Co Ltd
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2014-04-09

Abstract

本发明公开了一种双向电平转换电路,其包括第一电源端、第二电源端、第三电源端、第一电平输入输出端、第二电平输入输出端、第一上拉电阻、第二上拉电阻、第一三极管、第二三极管和基准电压调节支路以及这些元器件之间的连接关系。本发明通过使用两个三极管来实现双向电平转换，与传统设计方式相比较，省去了使用专用的电平转换芯片，具有简化电路设计、节省成本的优点，而且通过基准电压调节支路设置三极管的基极的基准电压，可以起到抗电平干扰的作用。本发明可广泛应用于各种电平转换电路。

Description

一种双向电平转换电路

技术领域

本发明涉及逻辑电路，尤其涉及一种电平转换电路。

背景技术

I2C总线: inter-integrated circuit，是由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。

I/O:输入/输出。

在新一代电子电路设计中,随着低电压逻辑的引入,系统内部常常出现输入/输出逻辑不协调的问题,从而提高了系统设计的复杂性。例如,当1.8V的数字电路与工作在3.3V的数字电路进行通信时,需要首先解决两种电平的转换问题,这时就需要电平转换器。

现有技术中，电平转换器必须借助专业的电平转换芯片来实现，但是电平转换芯片通常成本较高，而且具有较大的封装尺寸，较多的引脚数和I/ O 方向控制引脚，当用户需求比较单一时，容易造成资源浪费。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于分立元器件的、抗干扰能力强、结构简单、低成本的双向电平转换电路。

本发明所采用的技术方案是：一种双向电平转换电路,其包括第一电源端、第二电源端、第一电平输入输出端、第二电平输入输出端、第一上拉电阻、第二上拉电阻、第一三极管、第二三极管和基准电压调节支路，所述第一电平输入输出端通过第一上拉电阻连接到第一电源端，所述第二电平输入输出端通过第二上拉电阻连接到第二电源端，所述第一三极管的集电极与第一电平输入输出端连接，所述第一三极管的发射极与第二电平输入输出端连接，所述第二三极管的集电极与第二电平输入输出端连接，所述第二三极管的发射极与第一电平输入输出端连接；所述基准电压调节支路分别与第一三极管的基极和第二三极管的基极连接，为第一三极管的基极和第二三极管的基极提供基准电压。

作为本发明第一种较佳的实施方案，所述基准电压调节支路包括第一分压电阻、第二分压电阻和第三电源端，所述第一三极管的基极和第二三极管的基极连接，所述第一分压电阻一端与第三电源端连接，另一端与第一三极管的基极连接，所述第二分压电阻一端与第一三极管的基极连接，另一端接地。

优选的，所述第二电源端和第三电源端为同一电源端。

优选的，所述第一电源端电压为1.8V，所述第二电源端和第三电源端的电压均为3.3V。

作为本发明第二种较佳的实施方案，所述基准电压调节支路包括第一基准电压调节支路和第二基准电压调节支路，所述第一基准电压调节支路包括第四电源端、第三分压电阻和第四分压电阻，所述第三分压电阻一端与第四电源端连接，另一端与第一三极管的基极连接，所述第四分压电阻的一端与第一三极管的基极连接，另一端接地，所述第二基准电压调节支路包括第五电源端、第五分压电阻和第六分压电阻，所述第五分压电阻一端与第五电源端连接，另一端与第二三极管的基极连接，所述第六分压电阻的一端与第二三极管的基极连接，另一端接地。

优选的，所述第一基准电压调节支路还包括第一滤波电容，所述第一滤波电容与第四分压电阻并联，所述第二分压调节支路还包括第二滤波电容，所述第二滤波电容与第六分压电阻并联。

优选的，所述第二电源端、第四电源端和第五电源端均为同一电源端。

优选的，所述第一电源端电压为1.8V，所述第二电源端、第四电源端和第五电源端的电压均为3.3V。

优选的，第一三极管和第二三极管均为NPN三极管。

本发明的有益效果是：

本发明通过使用两个三极管来实现双向电平转换，与传统设计方式相比较，省去了使用专用的电平转换芯片，具有简化电路设计、节省成本的优点。

本发明通过基准电压调节支路设置三极管的基极的基准电压，可以起到抗电平干扰的作用。

本发明可广泛应用于各种电平转换电路。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明第一种实施例的电路原理图；

图2是本发明第二种实施例的电路原理图；

图3是第一电平输入输出端低于0.9V的电平波动示意图；

图4是第二电平输入输出端低于1.6V的电平波动示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，一种双向电平转换电路,其包括第一电源端Vcc1、第二电源端Vcc2、第一电平输入输出端IO1、第二电平输入输出端IO2、第一上拉电阻R1、第二上拉电阻R2、第一三极管Q1、第二三极管Q2和基准电压调节支路，所述第一电平输入输出端IO1通过第一上拉电阻R1连接到第一电源端Vcc1，所述第二电平输入输出端IO2通过第二上拉电阻R2连接到第二电源端Vcc2，所述第一三极管Q1的集电极与第一电平输入输出端IO1连接，所述第一三极管Q1的发射极与第二电平输入输出端IO2连接，所述第二三极管Q2的集电极与第二电平输入输出端IO2连接，所述第二三极管Q2的发射极与第一电平输入输出端IO1连接；所述基准电压调节支路分别与第一三极管Q1的基极和第二三极管Q2的基极连接，为第一三极管Q1的基极和第二三极管Q2的基极提供基准电压。

如图1所示，作为本发明第一种较佳的实施方案，所述基准电压调节支路包括第一分压电阻R31、第二分压电阻R32和第三电源端Vcc3，所述第一三极管Q1的基极和第二三极管Q2的基极连接，所述第一分压电阻R31一端与第三电源端Vcc3连接，另一端与第一三极管Q1的基极连接，所述第二分压电阻R32一端与第一三极管Q1的基极连接，另一端接地。第一分压电阻R31和第二电阻分压产生第一基准电压V3，分别输出到第一三极管Q1的基极和第二三极管Q2的基极，通过调节第三电源的电压以及第一分压电阻R31和第二分压电阻R32的阻值可实现调节第一基准电压V3的大小。所述第二电源端Vcc2和第三电源端Vcc3为同一电源端。所述第一电源端Vcc1电压为1.8V，所述第二电源端Vcc2和第三电源端Vcc3的电压均为3.3V。

如图2所示，作为本发明第二种较佳的实施方案，所述基准电压调节支路包括第一基准电压调节支路和第二基准电压调节支路，所述第一基准电压调节支路包括第四电源端Vcc4、第三分压电阻R41和第四分压电阻R42，所述第三分压电阻R41一端与第四电源端Vcc4连接，另一端与第一三极管Q1的基极连接，所述第四分压电阻R42的一端与第一三极管Q1的基极连接，另一端接地。第三分压电阻R41和第四电阻分压产生第二基准电压V4，第二基准电压V4输出到第一三极管Q1的基极，通过调节第四电源的电压以及第三分压电阻R41和第四分压电阻R42的阻值可实现调节第二基准电压V4的大小。所述第二基准电压调节支路包括第五电源端Vcc5、第五分压电阻R51和第六分压电阻R52，所述第五分压电阻R51一端与第五电源端Vcc5连接，另一端与第二三极管Q2的基极连接，所述第六分压电阻R52的一端与第二三极管Q2的基极连接，另一端接地。第五分压电阻R51和第六电阻分压产生第三基准电压V5，第三基准电压V5输出到第二三极管Q2的基极，通过调节第五电源的电压以及第五分压电阻R51和第六分压电阻R52的阻值可实现调节第三基准电压V5的大小。优选的，所述第一基准电压调节支路还包括第一滤波电容C1，所述第一滤波电容C1与第四分压电阻R42并联。所述第二分压调节支路还包括第二滤波电容C2，所述第二滤波电容C2与第六分压电阻R52并联。第一滤波电容C1和第二滤波电容C2起到过滤干扰信号、稳定第二基准电压V4和第三基准电压V5的作用，防止第一基准电压V3或第二基准电压V4有波动，影响第一三极管Q1或第二三极管Q2的导通，从而影响信号传输的稳定性。优选的，所述第二电源端Vcc2、第四电源端Vcc4和第五电源端Vcc5均为同一电源端。优选的，所述第一电源端Vcc1电压为1.8V，所述第二电源端Vcc2、第四电源端Vcc4和第五电源端Vcc5的电压均为3.3V。

优选的，第一三极管Q1和第二三极管Q2均为NPN三极管。显然的，第一三极管Q1Q1和第二三极管Q2Q2也可以是PNP三极管或MOS管，其它元器件参数也做相应调整即可。

下面以第一种实施方案应用在I2C总线SDA信号电平转换为例，详述电路工作实现双向电平转换过程。

如图1所示，第一种实施方案应用在1.8V与3.3V逻辑电平双向转换电路，设置第一上拉电阻R1和第二上拉电阻R2的阻值均为47K欧，第一分压电阻R31的阻值为20K欧，所述第二分压电阻R32的阻值为10K欧，第一三极管Q1和第二三极管Q2均为NPN三极管，设第一分压电阻R31和第二分压电阻R32之间的结点的电压为第一基准电压V3，第一电平输入输出端IO1的电压为V1，第二电平输入输出端IO2IO2的电压为V2。

其中，第一基准电压V3V3=3.3V*R32/(R31+R32)=3.3*10K/(10K+20K)=1.1V。

当信号从第一电平输入输出端IO1输入时，逻辑分析如下：

（1) 在第一电平输入输出端IO1处于空闲的状态下，第一电平输入输出端IO1和第二电平输入输出端IO2均为高电平，即V1=1.8V，V2=3.3V。

（2) 当V1由1.8V变为0V时，V1=0V（低电平），V3>V1，于是第二三极管Q2导通，第二电平输入输出端IO2电压被拉低，即V2=0（低电平）。

（3) 当V1由0V变为1.8V时，V1=1.8V（高电平），V3<V1，于是第二三极管Q2截止，第二电平输入输出端IO2IO2电压恢复高电平，即V2=3.3V（高电平）。

因此，实现了由1.8V信号向3.3V信号的转换。

当信号从第二电平输入输出端IO2输入时，逻辑分析如下：

（1) 在第二电平输入输出端IO2处于空闲状态下，第一电平输入输出端IO1和第二电平输入输出端IO2均为高电平，即V1=1.8V，V2=3.3V。

（2) 当V2由3.3V变为0V时，V2=0V（低电平），V3>V2，于是第一三极管Q1导通，第一电平输入输出端IO1电压被拉低，即V1=0（低电平）。

（3) 当V2由0V变为3.3V时，V2=3.3V（高电平），V3<V2，于是第一三极管Q1截止，即V1=1.8V（高电平）。

因此，实现了由3.3V信号向1.8V信号的转换。

需要说明的是，本发明也可以应用于其他双向电平转换电路，如5V和3.3V之间的电平转换，其原理与上述实施例相同，只是电路参数需要进行相应的修改；第二种实施方案原理同上述原理相同，区别在于可以设置不同的第一三极管Q1基极和第二三极管Q2基极的基准电压以灵活配置两个三极管的导通阀值，在此均不再详细描述。

本发明还通过设置三极管的基准电压，还可以起到抗电平干扰的目的。下面就以第二实施方案应用在1.8V和3.3V之间电平转换为例，详述本发明抗电平干扰的实现过程。

如图2所示，由于两个三极管的基极均设置的基准电压，可以防止电路中的小波动导致三极管的误开启或误关闭。设置第一上拉电阻R1R1和第二上拉电阻R2R2的阻值均为47K欧，第三分压电阻R41的阻值为10K欧，所述第四分压电阻R42的阻值为20K欧，第五分压电阻R51的阻值为18K欧，所述第六分压电阻R52的阻值为15K欧，第一滤波电容C1和第二滤波电容C2的容值均为100nF。第一三极管Q1Q1和第二三极管Q2Q2均为NPN三极管。

其中，第二基准电压V4，

V4 =3.3V*R42/(R41+R42)=3.3*20K/(10K+20K)=2.2V；

第三基准电压V5，

V5=3.3V*R52/(R51+R52)=3.3*15K/(18K+15K)=1.5V。

如图3所示，当信号由1.8V向3.3V转换时，第一电平输入输出端IO1的电压V1的低电平在0.9V以下波动，第三基准电压V5V5=1.5V，由于三极管导通电压在0.6V左右，V5-V1>0.6V,所以第二三极管Q2均能导通，第二电平输入输出端IO2也能正常输出低电平。如图3所示，电路中第一电平输入输出端IO1有低于0.9V以下的波动，第一电平输入输出端IO1的低电平信号也能够实现正常转换。同理，当第一电平输入输出端IO1输出高电平如有出现高于0.9V波动，第二三极管Q2均截止，第一电平输入输出端IO1输出高电平均能实现正常转换。

如图4所示，当信号由3.3V向1.8V转换时，第二电平输入输出端IO2的电压V2的低电平在1.6V以下波动，第二基准电压V4V4=2.2V，V4-V2>0.6V，由于三极管导通电压在0.6V左右，所以第一三极管Q1均能导通，第一电平输入输出端IO1也能正常输出低电平。同理，当第二电平输入输出端IO2输出高电平如有高于1.6V以上的波动，第一三极管Q1均截止，第二电平输入输出端IO2输出高电平均能实现正常转换。

综上所述，该电路可以起到抗电平波动、抗干扰的效果。而且可以通过调节各电源端和各分压电阻的阻值，调节抗干扰电压的调节。

本发明通过使用两个三极管来实现双向电平转换，与传统设计方式相比较，省去了使用专用的电平转换芯片，具有简化电路设计、节省成本的优点，而且通过基准电压调节支路设置三极管的基极的基准电压，可以起到抗电平干扰的作用。本发明可广泛应用于各种电平转换电路。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims

1.一种双向电平转换电路,其特征在于：其包括第一电源端、第二电源端、第一电平输入输出端、第二电平输入输出端、第一上拉电阻、第二上拉电阻、第一三极管、第二三极管和基准电压调节支路，所述第一电平输入输出端通过第一上拉电阻连接到第一电源端，所述第二电平输入输出端通过第二上拉电阻连接到第二电源端，所述第一三极管的集电极与第一电平输入输出端连接，所述第一三极管的发射极与第二电平输入输出端连接，所述第二三极管的集电极与第二电平输入输出端连接，所述第二三极管的发射极与第一电平输入输出端连接；所述基准电压调节支路分别与第一三极管的基极和第二三极管的基极连接，为第一三极管的基极和第二三极管的基极提供基准电压。

2.根据权利要求1所述的一种双向电平转换电路，其特征在于：所述基准电压调节支路包括第一分压电阻、第二分压电阻和第三电源端，所述第一三极管的基极和第二三极管的基极连接，所述第一分压电阻一端与第三电源端连接，另一端与第一三极管的基极连接，所述第二分压电阻一端与第一三极管的基极连接，另一端接地。

3.根据权利要求2所述的一种双向电平转换电路，其特征在于：所述第二电源端和第三电源端为同一电源端。

4.根据权利要求2或3所述的一种双向电平转换电路，其特征在于：所述第一电源端电压为1.8V，所述第二电源端和第三电源端的电压均为3.3V。

5.根据权利要求1所述的一种双向电平转换电路，其特征在于：所述基准电压调节支路包括第一基准电压调节支路和第二基准电压调节支路，

所述第一基准电压调节支路包括第四电源端、第三分压电阻和第四分压电阻，所述第三分压电阻一端与第四电源端连接，另一端与第一三极管的基极连接，所述第四分压电阻的一端与第一三极管的基极连接，另一端接地，

所述第二基准电压调节支路包括第五电源端、第五分压电阻和第六分压电阻，所述第五分压电阻一端与第五电源端连接，另一端与第二三极管的基极连接，所述第六分压电阻的一端与第二三极管的基极连接，另一端接地。

6.根据权利要求5所述的一种双向电平转换电路，其特征在于：所述第一基准电压调节支路还包括第一滤波电容，所述第一滤波电容与第四分压电阻并联，所述第二分压调节支路还包括第二滤波电容，所述第二滤波电容与第六分压电阻并联。

7.根据权利要求5或6所述的一种双向电平转换电路，其特征在于：所述第二电源端、第四电源端和第五电源端均为同一电源端。

8.根据权利要求7所述的一种双向电平转换电路，其特征在于：所述第一电源端电压为1.8V，所述第二电源端、第四电源端和第五电源端的电压均为3.3V。

9.根据权利要求1、2、3、5、6或8所述的一种双向电平转换电路，其特征在于：第一三极管和第二三极管均为NPN三极管。