CN203225733U

CN203225733U - 单通道双向逻辑电平转换器

Info

Publication number: CN203225733U
Application number: CN 201320131351
Authority: CN
Inventors: 刘德锋
Original assignee: CHONGQING XUGANG ELECTRONIC Co Ltd
Current assignee: CHONGQING XUGANG ELECTRONIC Co Ltd
Priority date: 2013-03-21
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2023-03-21

Abstract

本实用新型提出了一种单通道双向逻辑电平转换器，涉及数字逻辑电路领域，其中包括：第一电阻其中一端、N-MOS场效应晶体管的栅极和第一逻辑电路的电源管脚均连接低电源电压，所述第一电阻另一端、N-MOS场效应晶体管的源极均连接第一逻辑电路的逻辑输入输出端；第二电阻其中一端、N-MOS场效应晶体管漏极均连接第二逻辑电路的逻辑输入输出端；所述第二电阻另一端以及第二逻辑电路的电源管脚均连接高电源电压。电路简单、适应性广、成本低，能够实现逻辑信号的双向电平转换和传输，且稳定可靠。

Description

单通道双向逻辑电平转换器

技术领域

本实用新型涉及数字逻辑电路领域，尤其涉及一种单通道双向逻辑电平转换器。

背景技术

逻辑电路通常不能输入比自身电源电压VDD幅度高太多,一般必须在VDD+0.6V以内的高电平逻辑信号，否则逻辑电路可能会被损坏；同样逻辑电路通常也不能输入比自身电源电压幅度低太多,一般必须在0.8倍VDD以上的高电平逻辑信号，否则高电平逻辑信号可能不能被正确识别，从而无法进行正常通讯。因此工作于不同电源电压及输出电平的两组逻辑电路在进行通讯时，必须接入逻辑电平转换电路。

如果是单向信号传输，且是高逻辑电平转换为低逻辑电平，一般可以通过两个阻值和比值合适的分压电阻来实现高电平降压,即从第一逻辑电路的高电源电压幅度→第二逻辑电路的低电源电压幅度，见附图1虚线框：

如果是低逻辑电平转换为高逻辑电平，则一般可以通过上拉电阻实现高电平升压，即从第一逻辑电路的低电源电压幅度→第二逻辑电路的高电源电压幅度，此时发送电路必须为集电极开路或漏极开路输出（OC/OD）且输出管必须能够承受第二逻辑电路的高电源电压。见附图2虚线框：

当信号需要双向传输的时候，以上两种电路将无能为力，而采用专用转换IC（如MAXIM MAX3370等）虽然性能好，但成本会很高。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种单通道双向逻辑电平转换器。

为实现低成本双向逻辑电平转换这个目的，本实用新型公开了一种单通道双向逻辑电平转换器，包括第一电阻、第二电阻和N-MOS场效应晶体管，所述第一电阻的一端、N-MOS场效应晶体管的栅极、第一逻辑电路的电源管脚均连接低电源电压，所述第一电阻另一端、N-MOS场效应晶体管的源极均连接第一逻辑电路的逻辑输入输出端；第二电阻的一端、N-MOS场效应晶体管漏极均连接第二逻辑电路的逻辑输入输出端；所述第二电阻另一端以及第二逻辑电路的电源管脚均连接高电源电压。

其有益效果为：电路简单、适应性广、成本低，能够实现逻辑信号的双向电平转换和传输，且稳定可靠。

所述的单通道双向逻辑电平转换器，优选的，包括：所述第一电阻和第二电阻的阻值为2.2kohm-10kohm之间。

其有益效果为：降低逻辑低电平输出幅度及电源消耗，同时提升双向逻辑电平转换器的最高数据传输速率及工作频率。

所述的单通道双向逻辑电平转换器，优选的，还包括肖特基二极管，所述肖特基二极管与所述N-MOS场效应晶体管内部的寄生二极管同向并联。

其有益效果为：可以让双向逻辑电平转换器输出0.6V以下逻辑低电平到第一逻辑电路的输入端。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：电路简单、适应性广、成本低，能够实现逻辑信号的双向电平转换和传输且稳定可靠。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是现有技术中单通道逻辑转换器示意图；

图2是现有技术中单通道逻辑转换器示意图；

图3是本实用新型单通道双向逻辑电平转换器示意图;

图4是本实用新型单通道双向逻辑电平转换器优选实施方案示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”、“连通”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本单通道双向逻辑电平转换器仅需要使用一只小功率N沟道增强型场效应晶体管（N-MOS）以及两只普通电阻就能实现单通道双向逻辑电平转换功能，且不必强求逻辑电路为集电极开路或漏极开路输出（OC/OD）结构，具有电路简单、适应性广、成本低，能够实现逻辑信号的双向电平转换和传输且稳定可靠的特点。见附图3虚线框：

如图3中所示，低电源电压为第一逻辑电路的电源电压，高电源电压为第二逻辑电路的电源电压，前者低于后者0.6V以上。VGS(th)为N-MOS场效应晶体管的开启电压，晶体管选型时要求它小于第一逻辑电路的低电源电压且有足够的余量，以保证第一逻辑电路输出逻辑低电平时N-MOS场效应晶体管能够可靠导通。第一电阻和第二电阻的阻值一般取2.2Kohm~10Kohm，电阻阻值太小会使逻辑低电平输出幅度上升，同时增大电源消耗；电阻阻值太大会限制双向逻辑电平转换器的最高数据传输速率及工作频率。

本实用新型公开了一种单通道双向逻辑电平转换器，包括第一电阻、第二电阻和N-MOS场效应晶体管，所述第一电阻的一端、N-MOS场效应晶体管的栅极、第一逻辑电路的电源管脚均连接低电源电压，所述第一电阻另一端、N-MOS场效应晶体管的源极均连接第一逻辑电路的逻辑输入输出端；第二电阻的一端、N-MOS场效应晶体管漏极均连接第二逻辑电路的逻辑输入输出端；所述第二电阻另一端以及第二逻辑电路的电源管脚均连接高电源电压。

其中所述N-MOS场效应晶体管为小功率N沟道增强型场效应晶体管。

其有益效果为：省电、开关速度快、电压控制，无需栅极限流电阻、抗干扰能力强，内部存在寄生二极管，一般应用无需在晶体管外部并联二极管。

所述的单通道双向逻辑电平转换器，优选的，包括：所述第一电阻和第二电阻阻值为2.2kohm-10kohm之间。

如图4所示，所述的单通道双向逻辑电平转换器，优选的，还包括肖特基二极管，所述肖特基二极管与所述N-MOS场效应晶体管内部的寄生二极管同向并联。所述肖特基二极管为选装件，第一逻辑电路需要输入0.6V以下逻辑低电平时使用。

本单通道双向逻辑电平转换器的工作原理：

一、第一逻辑电路为发送端，第二逻辑电路为接收端，其状态为高阻态。

当第一逻辑电路输出低电平的时候，因为栅极G和源极S之间的控制电压VGS≈第一逻辑电路的低电源电压＞N-MOS场效应晶体管的开启电压VGS(th)，场效应晶体管导通，电流从漏极D流向源极S，第二逻辑电路接收端被第一逻辑电路与晶体管下拉到低电平从而实现了逻辑低电平的传输；

当第一逻辑电路输出高电平（≈低电源电压）的时候，因为栅极G和源极S之间的控制电压VGS≈0V＜N-MOS场效应晶体管的开启电压VGS(th)，场效应晶体管截止，此时漏极D电位（≈第二逻辑电路的高电源电压）高于源极S电位（≈第一逻辑电路的低电源电压），所以场效应晶体管内部的寄生二极管因为被反偏亦同时截止，第二逻辑电路接收端被第二电阻上拉到电压更高的第二逻辑电路的高电源电压，从而实现了逻辑高电平的转换与传输。

二、第一逻辑电路为接收端（高阻态），第二逻辑电路为发送端。

当第二逻辑电路输出低电平的时候，因为栅极G和源极S之间的控制电压VGS≈0V＜N-MOS场效应晶体管的开启电压VGS(th)，场效应晶体管截止，此时源极S电位（≈第一逻辑电路的低电源电压）高于漏极D电位（≈0V）0.6V以上，所以场效应晶体管内部的寄生二极管会导通，电流从源极S流向漏极D，第一逻辑电路接收端被第二逻辑电路与寄生二极管下拉到低电平（≈0.6V），从而实现了逻辑低电平的传输。如果第一逻辑电路需要输入0.6V以下逻辑低电平，则可以在寄生二极管上同向并联一个小功率肖特基二极管。在本实施方式中，同向是指肖特基二极管正极与寄生二极管正极即N-MOS场效应晶体管源极S相连，肖特基二极管负极与寄生二极管负极即N-MOS场效应晶体管漏极D相连。如果使用肖特基二极管，成本将会有一定上升；

当第二逻辑电路输出高电平（≈第二逻辑电路的高电源电压）的时候，因为栅极G和源极S之间的控制电压VGS≈0＜N-MOS场效应晶体管的开启电压VGS(th)，N-MOS场效应晶体管截止，此时漏极D电位（≈第二逻辑电路的高电源电压）高于源极S电位（≈第一逻辑电路的低电源电压），所以N-MOS场效应晶体管内部的寄生二极管因为被反偏亦同时截止，第一逻辑电路接收端被第一电阻上拉到电压更低的第一逻辑电路的低电源电压，从而实现了逻辑高电平的转换与传输。

在本实施方式，高电平、低电平的数值为逻辑电路通常采用的数值，本领域技术人员可以根据具体逻辑电路结构进行选择，其中，低电平的数值可以为但不限于0V、0.2V、0.6V。

本实用新型的有益效果为：电路简单、适应性广、成本低，能够实现逻辑信号的双向电平转换和传输，且稳定可靠。

在本说明书的描述中，参考术语“一种优选实施方式”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种单通道双向逻辑电平转换器，其特征在于，包括第一电阻、第二电阻和N-MOS场效应晶体管，所述第一电阻的一端、N-MOS场效应晶体管的栅极、第一逻辑电路的电源管脚均连接低电源电压，所述第一电阻另一端、N-MOS场效应晶体管的源极均连接第一逻辑电路的逻辑输入输出端；第二电阻的一端、N-MOS场效应晶体管漏极均连接第二逻辑电路的逻辑输入输出端；所述第二电阻另一端以及第二逻辑电路的电源管脚均连接高电源电压。

2.根据权利要求1所述的单通道双向逻辑电平转换器，其特征在于，包括：所述第一电阻和第二电阻的阻值为2.2kohm-10kohm之间。

3.根据权利要求1所述的单通道双向逻辑电平转换器，其特征在于，还包括肖特基二极管，所述肖特基二极管与所述N-MOS场效应晶体管内部的寄生二极管同向并联。