CN107659301A - 电平转换电路及接口通信系统 - Google Patents
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Abstract
一种电平转换电路，包括第一储能单元、第二储能单元、第一电平转换单元及第二电平转换单元。第一储能单元用于根据第一通信接口的第一发送端输出的电压信号进行储能，第二储能单元用于根据第二通信接口的第二发送端输出的电压信号进行储能。第一电平转换单元用于对第一发送端输出的电压信号进行电平转换，以实现第一发送端与第二通信接口的第二接收端之间进行通信。第二电平转换单元用于对第二发送端输出的电压信号进行电平转换，以实现第二发送端与第一通信接口的第一接收端之间进行通信。本发明还提供一种接口通信系统。上述电平转换电路及接口通信系统，其能在无需参考电平下，自动对两个通信接口进行电平转换。
Description
技术领域
本发明涉及接口通信领域，尤其涉及一种电平转换电路及接口通信系统。
背景技术
在电子通信系统中，由于两个通信接口的电平标准不一样，两者之间进行数据传输时可能会涉及到电平的转换，如一个通信接口的电平是3.3V，而另一个通信接口的电平是5V，为了能实现两个通信接口能进行数据交换，常用的做法是在该两个通信接口之间设计一电平转换芯片，来完成两个通信接口的电平转换，而该种电平转换芯片普遍成本较高，且在使用时需要连接两个通信接口的参考电平。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种电平转换电路，其能在无需参考电平下，自动对两个通信接口进行电平转换。
本发明一实施方式提供一种电平转换电路，电连接与第一通信接口与第二通信接口之间，所述电平转换电路包括：
第一储能单元，电连接于所述第一通信接口的第一发送端，用于根据所述第一发送端输出的电压信号进行储能；
第二储能单元，电连接于所述第二通信接口的第二发送端，用于根据所述第二发送端输出的电压信号进行储能；
第一电平转换单元，电连接于所述第一发送端、所述第二通信接口的第二接收端、所述第一储能单元及所述第二储能单元，用于对所述第一发送端输出的电压信号进行电平转换，以实现所述第一发送端与所述第二接收端之间进行通信；及
第二电平转换单元，电连接于所述第二发送端、所述第一通信接口的第一接收端、所述第一储能单元及所述第二储能单元，用于对所述第二发送端输出的电压信号进行电平转换，以实现所述第二发送端与所述第一接收端之间进行通信。
优选地，所述第一储能单元包括：
第一二极管，正极电连接于所述第一发送端；及
第一电容，一端电连接于所述第一二极管的负极，另一端接地；
所述第二储能单元包括：
第二二极管，正极电连接于所述第二发送端；及
第二电容，一端电连接于所述第二二极管的负极，另一端接地。
优选地，所述第一电平转换单元包括：
第一MOS管，栅极电连接于所述第一储能单元，源极电连接于所述第一发送端；
第三二极管，正极电连接于所述第一MOS管的源极，负极电连接于所述第一MOS管的漏极；
第二MOS管，栅极电连接于所述第二储能单元，源极电连接于所述第二接收端，漏极电连接于所述第一MOS管的漏极；及
第四二极管，正极电连接于所述第二MOS管的源极，负极电连接于所述第二MOS管的漏极；
所述第二电平转换单元包括：
第三MOS管，栅极电连接于所述第二储能单元，源极电连接于所述第二发送端；
第五二极管，正极电连接于所述第三MOS管的源极，负极电连接于所述第三MOS管的漏极；
第四MOS管，栅极电连接于所述第一储能单元，源极电连接于所述第一接收端，漏极电连接于所述第三MOS管的漏极；及
第六二极管，正极电连接于所述第四MOS管的源极，负极电连接于所述第四MOS管的漏极。
优选地，所述第一电平转换单元还包括第一电阻，所述第一电阻电连接于所述第二MOS管的源极与栅极之间，
所述第二电平转换单元还包括第二电阻，所述第二电阻电连接于所述第四MOS管的源极与栅极之间。
优选地，所述电平转换电路还包括电连接于所述第一电平转换单元的第一电平拉伸单元，用于对所述第一发送端输出的电压信号进行转换，以缩短所述第二接收端电平的爬升时间。
优选地，所述第一电平拉伸单元包括：
第三电容，一端电连接于所述第一发送端；
第三电阻，一端电连接于所述第三电容的另一端，另一端接地；
第一开关管，包括控制端、第一端及第二端，所述控制端电连接于所述第三电容的另一端，所述第二端接地；及
第二开关管，包括控制端、第一端及第二端，所述控制端电连接于所述第一开关管的第一端，所述第一端电连接于所述第二接收端，所述第二端电连接于所述第一电平转换单元。
优选地，所述电平转换电路还包括电连接于所述第二电平转换单元的第二电平拉伸单元，用于对所述第二发送端输出的电压信号进行转换，以缩短所述第一接收端电平的爬升时间。
优选地，所述第二电平拉伸单元包括：
第四电容，一端电连接于所述第二发送端；
第四电阻，一端电连接于所述第四电容的另一端，另一端接地；
第三开关管，包括控制端、第一端及第二端，所述控制端电连接于所述第四电容的另一端，所述第二端接地；及
第四开关管，包括控制端、第一端及第二端，所述控制端电连接于所述第三开关管的第一端，所述第一端电连接于所述第一接收端，所述第二端电连接于所述第二电平转换单元。
优选地，所述第一开关管与所述第三开关管为NPN三极管，所述第一开关管与所述第三开关管的控制端为NPN三极管的基极，所述第一开关管与所述第三开关管的第一端为NPN三极管的集电极，所述第一开关管与所述第三开关管的第二端为NPN三极管的发射极；所述第二开关管与所述第四开关管为PNP三极管，所述第二开关管与所述第四开关管的控制端为PNP三极管的基极，所述第二开关管与所述第四开关管的第一端为PNP三极管的集电极，所述第二开关管与所述第四开关管的第二端为PNP三极管的发射极。
本发明一实施方式提供一种接口通信系统，包括第一通信接口、第二通信接口及电平转换电路。所第一通信接口包括第一发送端及第一接收端，所述第二通信接口包括第二发送端及第二接收端，所述电平转换电路包括：
第一储能单元，电连接于所述第一通信接口的第一发送端，用于根据所述第一发送端输出的电压信号进行储能；
第二储能单元，电连接于所述第二通信接口的第二发送端，用于根据所述第二发送端输出的电压信号进行储能；
第一电平转换单元，电连接于所述第一发送端、所述第二通信接口的第二接收端、所述第一储能单元及所述第二储能单元，用于对所述第一发送端输出的电压信号进行电平转换，以实现所述第一发送端与所述第二接收端之间进行通信；及
第二电平转换单元，电连接于所述第二发送端、所述第一通信接口的第一接收端、所述第一储能单元及所述第二储能单元，用于对所述第二发送端输出的电压信号进行电平转换，以实现所述第二发送端与所述第一接收端之间进行通信。
与现有技术相比，上述电平转换电路及接口通信系统不需要考虑两端通信接口的基准电平大小，通信接口电平会自动跟随变化，提高了在两个通信接口基准电平不一致而需要进行通信的便利性，且成本低廉。
附图说明
图1是本发明接口通信系统的一较佳实施方式的一模块方框图。
图2是本发明接口通信系统的另一较佳实施方式的一模块方框图。
图3是本发明电平转换电路的一较佳实施方式的一电路图。
主要元件符号说明
| 接口通信系统 | 100 |
| 电平转换电路 | 1 |
| 第一通信接口 | 2 |
| 第二通信接口 | 3 |
| 第一储能单元 | 11 |
| 第二储能单元 | 12 |
| 第一电平转换单元 | 13 |
| 第二电平转换单元 | 14 |
| 第一电平拉伸单元 | 15 |
| 第二电平拉伸单元 | 16 |
| 第一至第二发送端 | TX1、TX2 |
| 第一至第二接收端 | RX1、RX2 |
| 第一至第四MOS管 | Q1、Q2、Q5、Q6 |
| 第一至第四开关管 | Q3、Q4、Q7、Q8 |
| 第一至第四电容 | C1、C2、C3、C4 |
| 第一至第四电阻 | R1、R2、R3、R4 |
| 第一至第六二极管 | D1、D2、D3、D4、D5、D6 |
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1，本发明的一较佳实施方式提供一接口通信系统100。
接口通信系统100包括一电平转换电路1、一第一通信接口2及一第二通信接口3。电平转换电路1电连接于第一通信接口2与第二通信接口3之间，当第一通信接口2与第二通信接口3的信号基准电平不一样时，通过电平转换电路1进行电平转换，可以实现第一通信接口2与第二通信接口3顺利进行通信。例如第一通信接口2的基准电平为3.3V，第二通信接口3的基准电平为5V。或者第一通信接口2的基准电平为5V，第二通信接口3的基准电平为3.3V。
第一通信接口2包括第一发送端TX1及第一接收端RX1。第二通信接口3包括第二发送端TX2及第二接收端RX2。当第一通信接口2与第二通信接口3进行通信时，数据传输过程可以是第一通信接口2的第一发送端TX1发送数据，第二通信接口3的第二接收端RX2接收数据，或者为第二通信接口3的第二发送端TX2发送数据，第一通信接口2的第一接收端RX1接收数据。
电平转换电路1包括第一储能单元11、第二储能单元12、第一电平转换单元13及第二电平转换单元14。第一储能单元11电连接于第一通信接口2的第一发送端TX1，第一储能单元11用于根据第一发送端TX1输出的电压信号进行储能。第二储能单元12电连接于第二通信接口3的第二发送端TX2，用于根据第二发送端TX2输出的电压信号进行储能。第一电平转换单元13电连接于第一发送端TX1、第二接收端RX2、第一储能单元11及第二储能单元12，用于对第一发送端TX1输出的电压信号进行电平转换，以实现第一发送端TX1与第二接收端RX2之间进行通信。第二电平转换单元14电连接于第二发送端TX2、第一接收端RX1、第一储能单元11及第二储能单元12，用于对第二发送端TX2输出的电压信号进行电平转换，以实现第二发送端TX2与第一接收端RX1之间进行通信。
需要说明的是，第一发送端TX1输出的电压信号及第二发送端TX2输出的电压信号为第一通信接口2与第二通信接口3之间进行通信的数据信号。
请同时参阅图2，在本发明一实施方式中，为了使得第一接收端RX1、第二接收端RX2的接收到的信号的电平跟随第二发送端TX2、第一发送端TX1发送的信号的电平，电平转换电路1还包括第一电平拉伸单元15及第二电平拉伸单元16。第一电平拉伸单元15电连接于第一电平转换单元13，第一电平拉伸单元15用于对第一发送端TX1输出的电压信号进行转换，以缩短第二接收端RX2电平的爬升时间，从而使得第二接收端RX2接收到的信号波形基本与第一发送端TX1输出的信号波形一致。第二电平拉伸单元16电连接于第二电平转换单元14，第二电平拉伸单元16用于对第二发送端TX2输出的电压信号进行转换，以缩短第一接收端RX1电位的爬升时间，从而使得第一接收端RX1接收到的信号波形基本与第二发送端TX2输出的信号波形一致。
请同时参阅图3，在本发明一实施方式中，第一储能单元11包括第一二极管D1及第一电容C1。第一二极管D1的正极电连接于第一发送端TX1，第一二极管D1的负极电连接于第一电容C1的一端，第一电容C1的另一端接地。
第一电平转换单元13包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第二二极管D2、第三二极管D3及第一电阻R1。第一MOS管Q1的栅极电连接于第一二极管D1与第一电容C1的公共端，第一MOS管Q1的源极电连接于第一发送端TX1。第二二极管D2的正极电连接于第一MOS管Q1的源极，第二二极管D2的负极电连接于第一MOS管Q1的漏极。第二MOS管Q2的漏极电连接于第一MOS管Q1的漏极，第二MOS管Q2的源极电连接于第二接收端RX2。第一电阻R1电连接于第二MOS管Q2的栅极与源极之间。
第一电平拉伸单元15包括第二电容C2、第二电阻R2、第一开关管Q3及第二开关管Q4。第二电容C2的一端电连接于第一发送端TX1，第二电容C2的另一端电连接于第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端接地。第一开关管Q3包括控制端、第一端及第二端。第一开关管Q3的控制端电连接于第二电阻R2及第二电容C2的公共端，第一开关管Q3的第二端接地。第二开关管Q4包括控制端、第一端及第二端。第二开关管Q4的控制端电连接于第一开关管Q3的第一端，第二开关管Q4的第一端电连接于第二接收端RX2，第二开关管Q4的第二端电连接于第二MOS管Q2的栅极。
需要说明的是，第一储能单元11、第一电平转换单元13及第一电平拉伸单元15的电路结构不仅仅是上述所述的结构，也可以是类似的电路结构变形，如第一电平转换单元13可以省略第一电阻R1。第一电平拉伸单元15可以为包含一个开关管的电路结构。
第二储能单元12包括第四二极管D4及第三电容C3。第四二极管D4的正极电连接于第二发送端TX2，第四二极管D4的负极电连接于第三电容C3的一端，第三电容C3的另一端接地。
第二电平转换单元14包括第三MOS管Q5、第四MOS管Q6、第五极管D5、第六二极管D6及第三电阻R3。第三MOS管Q5的栅极电连接于第四极管D1的负极及第二MOS管Q2的栅极，第三MOS管Q5的源极电连接于第二发送端TX2。第五极管D5的正极电连接于第三MOS管Q5的源极，第五极管D5的负极电连接于第三MOS管Q5的漏极。第四MOS管Q6的漏极电连接于第三MOS管Q6的漏极，第四MOS管Q6的源极电连接于第一接收端RX1，第四MOS管Q6的栅极电连接于第一MOS管Q1的栅极。第三电阻R3电连接于第四MOS管Q6的栅极与源极之间。
第二电平拉伸单元16包括第四电容C4、第四电阻R4、第三开关管Q7及第四开关管Q8。第四电容C4的一端电连接于第二发送端TX2，第四电容C4的另一端电连接于第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端接地。第三开关管Q7包括控制端、第一端及第二端。第三开关管Q7的控制端电连接于第四电阻R4及第四电容C4的公共端，第三开关管Q7的第二端接地。第四开关管Q8包括控制端、第一端及第二端。第四开关管Q8的控制端电连接于第三开关管Q7的第一端，第四开关管Q8的第一端电连接于第一接收端RX1，第四开关管Q8的第二端电连接于第四MOS管Q6的栅极。
需要说明的是，第二储能单元12、第二电平转换单元14及第二电平拉伸单元16的电路结构不仅仅是上述所述的结构，也可以是类似的电路结构变形，如第二电平转换单元14可以省略第三电阻R3。第二电平拉伸单元16可以为包含一个开关管的电路结构。
在本发明一实施方式中，第一储能单元11通过接收第一发送端TX1的电信号对第一电容C1进行充电，从而使得第一MOS管Q1的栅极，第四MOS管Q6的栅极、第三电阻R3的一端及第四开关管Q8的第二端的电位均能维持在一定的电位上，保证第一MOS管Q1、第四MOS管Q6及第四开关管Q8能顺利进行切换动作。同样地，第二储能单元12通过接收第二发送端TX2的电信号对第三电容C3进行充电，从而使得第二MOS管Q2的栅极、第三MOS管Q5的栅极，第一电阻R1的一端及第二开关管Q4的第二端的电位均能维持在一定的电位上，保证第二MOS管Q2、第三MOS管Q5及第二开关管Q4能顺利进行导通与闭合动作。
在本发明一实施方式中，第一至第四MOS管Q1、Q2、Q5、Q6优选为NMOS管，同时为了满足第一通信接口2及第二通信接口3快速通信的要求，如SPI接口的4MHz的速率，第一至第四MOS管Q1、Q2、Q5、Q6优选为开关响应速度优良的NMOS管来满足接口传输速率。
第一至第六二极管D1-D6优选为肖特基二极管。第一开关管Q3及第三开关管Q7优选为NPN三极管。第一开关管Q3及第三开关管Q7的控制端为NPN三极管的基极，第一开关管Q3及第三开关管Q7的第一端为NPN三极管的集电极，第一开关管Q3及第三开关管Q7的第二端为NPN三极管的发射极。第二开关管Q4及第四开关管Q8优选为PNP三极管。第二开关管Q4及第四开关管Q8的控制端为PNP三极管的基极，第二开关管Q4及第四开关管Q8的第一端为PNP三极管的集电极，第二开关管Q4及第四开关管Q8的第二端为PNP三极管的发射极。
当第一通信接口2的基准电平为第一基准值，第一通信接口2的基准电平为第二基准值，由于第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第二二极管D2、第三二极管D3这一电连接结构，使得第一发送端TX1信号的电压基准值与第二接收端RX2信号的电压基准值没有高低要求之分，使得第一发送端TX1与第二接收端RX2可以进行电平转换而完成数据传输。同样地，由于第三MOS管Q5、第四MOS管Q6、第五极管D5、第六二极管D6这一电连接结构，使得第二发送端TX2信号的电压基准值与第一接收端RX1信号的电压基准值也没有高低要求之分，第二发送端TX2与第一接收端RX1可以进行电平转换而完成数据传输。
上述电平转换电路及接口通信系统不需要考虑两端通信接口的基准电平大小，通信接口电平会自动跟随变化，提高了在两个通信接口基准电平不一致而需要进行通信的便利性，且成本低廉。
对本领域的技术人员来说，可以根据本发明的发明方案和发明构思结合生产的实际需要做出其他相应的改变或调整，而这些改变和调整都应属于本发明所公开的范围。
Claims (10)
1.一种电平转换电路，电连接于第一通信接口与第二通信接口之间，其特征在于，所述电平转换电路包括：
第一储能单元，电连接于所述第一通信接口的第一发送端，用于根据所述第一发送端输出的电压信号进行储能；
第二储能单元，电连接于所述第二通信接口的第二发送端，用于根据所述第二发送端输出的电压信号进行储能；
第一电平转换单元，电连接于所述第一发送端、所述第二通信接口的第二接收端、所述第一储能单元及所述第二储能单元，用于对所述第一发送端输出的电压信号进行电平转换，以实现所述第一发送端与所述第二接收端之间进行通信；及
第二电平转换单元，电连接于所述第二发送端、所述第一通信接口的第一接收端、所述第一储能单元及所述第二储能单元，用于对所述第二发送端输出的电压信号进行电平转换，以实现所述第二发送端与所述第一接收端之间进行通信。
2.如权利要求1所述的电平转换电路，其特征在于，
所述第一储能单元包括：
第一二极管，正极电连接于所述第一发送端；及
第一电容，一端电连接于所述第一二极管的负极，另一端接地；
所述第二储能单元包括：
第二二极管，正极电连接于所述第二发送端；及
第二电容，一端电连接于所述第二二极管的负极，另一端接地。
3.如权利要求1所述的电平转换电路，其特征在于，
所述第一电平转换单元包括：
第一MOS管，栅极电连接于所述第一储能单元，源极电连接于所述第一发送端；
第三二极管，正极电连接于所述第一MOS管的源极，负极电连接于所述第一MOS管的漏极；
第二MOS管，栅极电连接于所述第二储能单元，源极电连接于所述第二接收端，漏极电连接于所述第一MOS管的漏极；及
第四二极管，正极电连接于所述第二MOS管的源极，负极电连接于所述第二MOS管的漏极；
所述第二电平转换单元包括：
第三MOS管，栅极电连接于所述第二储能单元，源极电连接于所述第二发送端；
第五二极管，正极电连接于所述第三MOS管的源极，负极电连接于所述第三MOS管的漏极；
第四MOS管，栅极电连接于所述第一储能单元，源极电连接于所述第一接收端，漏极电连接于所述第三MOS管的漏极；及
第六二极管，正极电连接于所述第四MOS管的源极，负极电连接于所述第四MOS管的漏极。
4.如权利要求3所述的电平转换电路，其特征在于，所述第一电平转换单元还包括第一电阻，所述第一电阻电连接于所述第二MOS管的源极与栅极之间，
所述第二电平转换单元还包括第二电阻，所述第二电阻电连接于所述第四MOS管的源极与栅极之间。
5.如权利要求1所述的电平转换电路，其特征在于，还包括电连接于所述所述第一电平转换单元的第一电平拉伸单元，用于对所述第一发送端输出的电压信号进行转换，以缩短所述第二接收端电平的爬升时间。
6.如权利要求5所述的电平转换电路，其特征在于，所述第一电平拉伸单元包括：
第三电容，一端电连接于所述第一发送端；
第三电阻，一端电连接于所述第三电容的另一端，另一端接地；
第一开关管，包括控制端、第一端及第二端，所述控制端电连接于所述第三电容的另一端，所述第二端接地；及
第二开关管，包括控制端、第一端及第二端，所述控制端电连接于所述第一开关管的第一端，所述第一端电连接于所述第二接收端，所述第二端电连接于所述第一电平转换单元。
7.如权利要求6所述的电平转换电路，其特征在于，还包括电连接于所述第二电平转换单元的第二电平拉伸单元，用于对所述第二发送端输出的电压信号进行转换，以缩短所述第一接收端电平的爬升时间。
8.如权利要求7所述的电平转换电路，其特征在于，所述第二电平拉伸单元包括：
第四电容，一端电连接于所述第二发送端；
第四电阻，一端电连接于所述第四电容的另一端，另一端接地；
第三开关管，包括控制端、第一端及第二端，所述控制端电连接于所述第四电容的另一端，所述第二端接地；及
第四开关管，包括控制端、第一端及第二端，所述控制端电连接于所述第三开关管的第一端，所述第一端电连接于所述第一接收端，所述第二端电连接于所述第二电平转换单元。
9.如权利要求8所述的电平转换电路，其特征在于，所述第一开关管与所述第三开关管为NPN三极管，所述第一开关管与所述第三开关管的控制端为NPN三极管的基极，所述第一开关管与所述第三开关管的第一端为NPN三极管的集电极，所述第一开关管与所述第三开关管的第二端为NPN三极管的发射极；所述第二开关管与所述第四开关管为PNP三极管，所述第二开关管与所述第四开关管的控制端为PNP三极管的基极，所述第二开关管与所述第四开关管的第一端为PNP三极管的集电极，所述第二开关管与所述第四开关管的第二端为PNP三极管的发射极。
10.一种接口通信系统，包括第一通信接口及第二通信接口，所述第一通信接口包括第一发送端及第一接收端，所述第二通信接口包括第二发送端及第二接收端，其特征在于，所述接口通信系统还包括如权利要求1-9任意一项所述的电平转换电路。
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