CN107391407A - 一种双向通讯电平差转换和电压隔离方法、装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种双向通讯电平差转换和电压隔离装置，包括：N沟道MOS和2种电平的上拉电阻，所述N沟道MOS串接于2个有电平差的互相通讯的第一信号源和第二信号源之间；其中，第一上拉电阻连接在所述N沟道MOS的G极和S极之间，所述N沟道MOS的S极与第一信号源连接，且所述第一上拉电阻由第一电压供电；第二上拉电阻与所述N沟道MOS的D极连接，所述N沟道MOS的D极连接与第二信号源连接，且所述第二上拉电阻由第二电压供电；其中，所述第一电压小于所述第二电压。利用本发明可以防止双向通讯电平转换时出现电流倒灌的问题，保护芯片。

Description

一种双向通讯电平差转换和电压隔离方法、装置
技术领域
本发明涉及电路技术领域，具体涉及一种双向通讯电平差转换和电压隔离装置。
背景技术
在现代低电压(1.2V至5.0V)芯片与芯片间不同电压的串口(UART)和I2C等中低速(0Hz--1MHz)双向通讯系统中，各种芯片通讯端口连接之前，需要对其电平差进行转换，电平误差合格的电路才允许使用，因此在使用电平差进行转换电路时，需要对电平差进行转换功能进行测试。
但是电平差进行转换功能测过程中，不允许出现高电压端向低电压端电流倒灌，因为电流倒灌的时候可能会导致低电压端芯片损坏，因此在电平转换时信号源往往因为电流倒灌使测试不能正常进行。
发明内容
基于以上原因，本发明提出了一种双向通讯电平差转换和电压隔离方法和装置，可以防止双向通讯电平转换时出现电流倒灌的问题，保护芯片。
为达到上述目的，本发明提出的技术方案是这样实现的：
一种双向通讯电平差转换和电压隔离装置，包括：N沟道MOS和2种电平的上拉电阻，所述N沟道MOS串接于2个有电平差的互相通讯的第一信号源和第二信号源之间；其中，第一上拉电阻连接在所述N沟道MOS的G极和S极之间，所述N沟道MOS的S极与第一信号源连接，且所述第一上拉电阻由第一电压供电；第二上拉电阻与所述N沟道MOS的D极连接，所述N沟道MOS的D极连接与第二信号源连接，且所述第二上拉电阻由第二电压供电；其中，所述第一电压小于所述第二电压。
优选地，所述N沟道MOS的D极通过第三电阻连接所述第二信号源。
优选地，所述第一上拉电阻与所述第二上拉电阻阻值相同。
优选地，所述第一电压为1.2V；所述第二电压为3.3V。
优选地，第三电阻的阻值为100R(欧姆)。
优选地，所述第一上拉电阻阻值在47K到4.7K之间；所述第二上拉电阻阻值在47K到4.7K之间。
本发明还提出一种双向通讯电平差转换和电压隔离方法，其特征在于，包括步骤：在有电平差的互相通讯的第一信号源和第二信号源之间设置N沟道MOS；将第一上拉电阻连接在所述N沟道MOS的G极和S极之间，将所述N沟道MOS的S极与第一信号源连接，由第一电压向所述第一上拉电阻供电；将第二上拉电阻与所述N沟道MOS的D极连接，将所述N沟道MOS的D极连接与第二信号源连接，且由第二电压向所述第二上拉电阻供电；其中，所述第一电压小于所述第二电压。
本发明利用了小电流N沟道MOS隔离(MOS的特性：内部D极S极与G极之间完全隔离，G极能够改变D极S极的电压和电流，反之则不行)，防止高电压端电流向低电压端倒灌。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提出的一种双向通讯电平差转换和电压隔离装置的系统结构框图；
图2为双向通讯电平差转换和电压隔离装置的实际应用的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将参考附图并结合实例来详细说明本发明创造。
如图1所示，本发明提出了一种双向通讯电平差转换和电压隔离装置，包
括：N沟道MOS和2种电平的上拉电阻，所述N沟道MOS串接于2个有
电平差的互相通讯的第一信号源和第二信号源之间；其中，第一上拉电阻
连接在所述N沟道MOS的G极和S极之间，所述N沟道MOS的S极与
第一信号源连接，且所述第一上拉电阻由第一电压供电；第二上拉电阻与
所述N沟道MOS的D极连接，所述N沟道MOS的D极连接与第二信号
源连接，且所述第二上拉电阻由第二电压供电；其中，所述第一电压小于
所述第二电压。
优选地，所述N沟道MOS的D极通过第三电阻连接所述第二信号源。
优选地，所述第一上拉电阻与所述第二上拉电阻阻值相同。
优选地，所述第一电压为1.2V；所述第二电压为3.3V。
优选地，第三电阻的阻值为100R。
本发明由小电流N沟道MOS和2种电平的上拉电阻组成，2种上拉电阻的阻值在47K到4.7K之间，具体电阻值视芯片需要的电流决定；利用了小电流N沟道MOS内部所产生的结间寄生二极管从高电压端下拉向低电压端传送信号，并通过低电压端上拉电阻设定电压从0V到约等于低电压端电源电压之间变化(低电压端最高电压取决于低电压端上拉电阻和低电压端电源电压，与高电压端无关)。利用了小电流N沟道MOS内部DG结间的电压差控制从低电压端下拉向S极高电压端传送信号，并通过高电压端上拉电阻设定电压从0V到约等于高电压端电源电压之间变化(高电压端最高电压取决于高电压端上拉电阻和高电压端电源电压，与低电压端无关)。利用了小电流N沟道MOS隔离(MOS的特性：内部D极S极与G极之间完全隔离，G极能够改变D极S极的电压和电流，反之则不行)，防止高电压端电流向低电压端倒灌。
本发明提出一种双向通讯电平差转换和电压隔离方法，包括步骤：在有电平差的互相通讯的第一信号源和第二信号源之间设置N沟道MOS；将第一上拉电阻连接在所述N沟道MOS的G极和S极之间，将所述N沟道MOS的S极与第一信号源连接，由第一电压向所述第一上拉电阻供电；将第二上拉电阻与所述N沟道MOS的D极连接，将所述N沟道MOS的D极连接与第二信号源连接，且由第二电压向所述第二上拉电阻供电；其中，所述第一电压小于所述第二电压。
图2为双向通讯电平差转换和电压隔离装置的实际应用的结构图。图中所示，本双向通讯电平差转换装置分别使用2种不同电压，并且使用了和芯片相同的电源，保证了本电路和芯片电压的一致性，通过小电流N沟道MOS和2种电平的上拉电阻的电平转换，实现了不同电源电压的芯片之间的中低速通讯。结电容使通讯信号畸变，通讯的最高速度由N沟道MOS的结电容决定，本电路的工作速度在约0Hz--1MHz之间正常。
本电路最终目的是让不同电压的串口(UART)和I2C等中低速(0Hz--1MHz)双向通讯系统中，通讯能正常进行并保护低电压端芯片不被损坏。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种双向通讯电平差转换和电压隔离装置，其特征在于，包括：N沟道MOS和2种电平的上拉电阻，所述N沟道MOS串接于2个有电平差的互相通讯的第一信号源和第二信号源之间；其中，第一上拉电阻连接在所述N沟道MOS的G极和S极之间，所述N沟道MOS的S极与第一信号源连接，且所述第一上拉电阻由第一电压供电；第二上拉电阻与所述N沟道MOS的D极连接，所述N沟道MOS的D极连接与第二信号源连接，且所述第二上拉电阻由第二电压供电；其中，所述第一电压小于所述第二电压。
2.如权利要求1所述的双向通讯电平差转换和电压隔离装置，其特征在于，所述N沟道MOS的D极通过第三电阻连接所述第二信号源。
3.如权利要求1所述的双向通讯电平差转换和电压隔离装置，其特征在于，所述第一上拉电阻与所述第二上拉电阻阻值相同。
4.如权利要求1所述的双向通讯电平差转换和电压隔离装置，其特征在于，所述第一电压为1.2V；所述第二电压为3.3V。
5.如权利要求1所述的双向通讯电平差转换和电压隔离装置，其特征在于，第三电阻的阻值为100R。
6.如权利要求1至5任一项所述的双向通讯电平差转换和电压隔离装置，其特征在于，所述第一上拉电阻阻值在47K到4.7K之间；所述第二上拉电阻阻值在47K到4.7K之间。
7.双向通讯电平差转换和电压隔离方法，其特征在于，包括步骤：在有电平差的互相通讯的第一信号源和第二信号源之间设置N沟道MOS；将第一上拉电阻连接在所述N沟道MOS的G极和S极之间，将所述N沟道MOS的S极与第一信号源连接，由第一电压向所述第一上拉电阻供电；将第二上拉电阻与所述N沟道MOS的D极连接，将所述N沟道MOS的D极连接与第二信号源连接，且由第二电压向所述第二上拉电阻供电；其中，所述第一电压小于所述第二电压。
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