CN1731678B - 信号电位转换电路 - Google Patents

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Abstract

一种信号电位转换电路，该电路包括一二极管；一第一电阻，其一端与二极管的阴极相连；一金属氧化物半导体场效应管，该场效应管的栅极与第一电阻的另一端相连，其漏极接地；一第二电阻，其一端与金属氧化物半导体场效应管的源极相连接；一电压源，其与第二电阻的另一端相连接；一输入端，其与二极管的阳极相连，用于接收初始电压信号；及一输出端，其与金属氧化物半导体场效应管的源极相连，用于输出转换后的电压信号。该信号电位转换电路可进行从RS232信号电位到TTL信号电位的转换，无需独立的电位转换芯片，可节省成本。

Description

信号电位转换电路
【技术领域】
本发明涉及一种转换电路，尤指一种将串行端口(RS232)电压信号电位转换为晶体管-晶体管逻辑(Transistor-Transistor-Logic，TTL)信号电位的电路。
【背景技术】
随着通信技术的快速发展，电子工业协会和电话工业协会制定了多种标准来简化数据通信。而RS232则是最早出现及最为熟知的标准之一，其可识别从-12V到+12V范围内的电压信号。虽然RS232标准应用广泛，但是数字技术的广泛应用则需要执行不同于RS232电压范围的逻辑信号。例如，因具有降低的背景噪音级别的硬件的改进，减小的电压范围也变得可用且也可保护在数字技术中应用越来越广泛的金属氧化物半导体单薄易碎的栅极绝缘体结构。因而越来越多的逻辑系列都转向利用较窄的单向电压范围，这些逻辑系列中的电压信号可满足金属氧化物晶体管的操作需求。TTL逻辑系列即为其中之一，其可识别0到+5V范围内的电压信号。
因RS232信号与TTL信号的电压范围不同，其不能互相识别，故支持RS232标准的设备与利用TTL信号电位的设备间不能直接进行通信。
虽然技术的发展越来越超出RS232通信标准的应用范围，此标准仍被广泛应用。因此，就需要一种信号电位转换设备允许支持RS232标准的设备与利用TTL逻辑信号电位的设备间进行通信。
常见的信号电位转换设备为电位转换芯片。为了允许支持RS232标准的设备与利用TTL逻辑信号电位的设备进行通信，电位转换芯片对两设备间所交换的电压信号进行电位转换。因而当一个TTL信号被从利用TTL逻辑信号电位的设备发送至电位转换芯片，电位转换芯片将此信号转换为支持RS232标准的设备所能识别的RS232信号，再传送至支持RS232标准的设备。同样的，当一个RS232信号被从支持RS232标准的设备发送至电位转换芯片，电位转换芯片将此信号转换为利用TTL逻辑信号电位的设备所能识别的TTL信号，再发送至利用TTL逻辑信号电位的设备。常用的电位转换芯片，如National Semiconductor Corporation的DS14C535等，需连接+5V和+12V电压源。
虽然常见的电位转换芯片适用于许多应用，且可进行双向转换，但其仍存在一些缺点。其一为电位转换芯片的价格相对来说较为昂贵且较为复杂，对于很少需要进行电位转换且只需进行从RS232电压信号转换至TTL电压信号的系统来说更是如此。采用电位转换芯片的另一缺点为其必须连接两个电压源以执行电位转换。
因此，需要一个简单且较为节省成本的信号电位转换电路允许利用不同信号电位的设备进行通信，而无需独立的电位转换芯片。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题在于提供一种信号电位转换电路，其允许利用不同信号电位的设备进行通信，而无需独立的电位转换芯片。
为了解决上述技术问题，本发明提供的信号电位转换电路包括：一二极管；一第一电阻，其一端与二极管的阴极相连；一金属氧化物半导体场效应管，该场效应管的栅极与第一电阻的另一端相连，其漏极接地；一第二电阻，其一端与金属氧化物半导体场效应管的源极相连接；一电压源，其与第二电阻的另一端相连接；一输入端，其与二极管的阳极相连，用于接收初始电压信号；及一输出端，其与金属氧化物半导体场效应管的源极相连，用于输出转换后的电压信号。本发明主要利用一二极管与一金属氧化物半导体场效应管进行从RS232信号电位到TTL信号电位的转换，结构较为简单，且无需独立的电位转换芯片，因而可节省成本。
【附图说明】
图1是本发明信号电位转换电路的电路图。
图2是本发明信号电位转换电路的输入输出电压波形图。
【具体实施方式】
请参阅图1，所示为本发明信号电位转换电路3的实施环境图。其中RS232设备1支持RS232标准，其电压信号为+/-12V，TTL设备2采用TTL逻辑电位信号，其电压信号为0或+3.3V。信号电位转换电路3经由一输入端(记为A点)与RS232设备1相连，经由一输出端(记为B点)与TTL设备2相连，其作用为进行信号电位转换，即将由RS232设备1输入的+/-12V的电压信号转换为0或+3.3V的电压信号，然后传送给TTL设备2，使得RS232设备1和TTL设备2能进行通信。
其中信号电位转换电路3的电路图如图1中虚线框所示。该信号电位转换电路3是利用金属氧化物般答题场效应管(metal-oxide-semiconductor field effect transistor，MOSFET)的开关效应来实现的，其包括：一输入端A，用于接收RS232设备1输入的+/-12V的电压信号；一二极管D1；一电阻R1；一金属氧化物半导体场效应管Q1；一电阻R2；一电压源Vcc；一输出端B，用于输出0或+3.3V的电压信号至TTL设备2。二极管的D1阳极与输入端A相连，其阴极通过电阻R1与MOSFET管Q1的栅极G相连。MOSFET管Q1的漏极D接地，其源极S通过电阻R2于电压源Vcc相连，并通过输出端B连接至TTL设备2。电压源Vcc的电压与输出端B输出的电压信号的电压一致。在本实施方式中，电压源Vcc的电压值为+3.3V，电阻R1、R2的阻值均为4.7KΩ。
图2所示为信号电位转换电路3输入端A与输入端B的电压波形图。在本发明中，是利用MOSFET管Q1分别工作在截止区及饱和区的开关效应来实现的。当输入端A接收到的电压信号为-12V时，此时二极管D1截止，因此二极管D1阴极处的电压为0，即Q1的栅极G的电压UG也为0。因此时Q1的源极S的电压US＝Vcc＝+3.3V，故VGS＝UG-US＝0-3.3V＝-3.3V。在本实施方式中，因MOSFET管Q1采用型号为NDS352AP的MOSFET管，其开启电压VGS(th)为-2.5V，VGS＜VGS(th)导致Q1导通而工作于饱和区，因此Q1漏极D与源极S间有电流通过，且电流方向为由源极S流向漏极D，又因漏极D接地，使得地为源极S的参考点，故源极S的电压为0，因此输出端B的电压也为0，此时Vcc的电压全部加在电阻R2上。
当输入端A接收到的电压信号为+12V时，二极管D1导通，忽略D1的压降不计，则此时Q1栅极G的电压UG为+12V。而此时Q1源极S的电压US为+3.3V，VGS＝UG-US＝12-3.3＞-2.5V，故Q1工作于截止区，则Q1的漏极D与源极S间无电流通过，因而源极S的电压等于电压源Vcc的电压，输出端B的电压也等于Vcc的电压，即为3.3V.这样，电位转换电路3就完成了从+/-12V的RS232电压信号到0或+3.3V的TTL信号的转换，即根据输入端A的电压波形图得到输出端B相应的电压波形图.
在本实施方式中，电阻R1、R2作用是确保+12V时VGS＞0及-12V时VGS＜0，及提供限流避免Q1烧毁。二极管D1的选择必须承受其输入最大逆向电压即-12V，MOSFET管Q1的选择必须承受输入端A经过二极管D1后输入最大的逆向电压，即12-0.7＝+11.3V，其中+0.7V为二极管D1的压降。在本实施方式中，二极管D1可采用型号为1N4148的二极管，MOSFET管Q1可采用型号为NDS352AP的金属氧化物半导体场效应管。

Claims (3)

1.一种信号电位转换电路，用于转换不同电压范围的电压信号，其特征在于该转换电路包括：
一二极管；
一第一电阻，其一端与二极管的阴极相连；
一金属氧化物半导体场效应管，该场效应管的栅极与第一电阻的另一端相连，其漏极接地；
一第二电阻，其一端与金属氧化物半导体场效应管的源极相连接；
一电压源，其与第二电阻的另一端相连接；
一输入端，其与二极管的阳极相连，用于接收初始电压信号；及
一输出端，其与金属氧化物半导体场效应管的源极相连，用于输出转换后的电压信号。
2.如权利要求1所述的信号电位转换电路，其特征在于该金属氧化物半导体场效应管为P沟道绝缘栅型场效应管。
3.如权利要求1所述的信号电位转换电路，其特征在于该电压源的电压与转换后的电压信号的电压一致。
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