CN206865435U - 双向电平转换电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种双向电平转换电路，包括:基本电路单元；所述基本电路单元包括：金属氧化物半导体场效应晶体管MOS管、第一上拉电阻和第二上拉电阻，所述MOS管的门极分别连接至第一电源端和第一上拉电阻的一端，所述MOS管的源极分别连接至第一上拉电阻的另一端和第一输入输出端口；所述MOS管的漏极分别连接至第二上拉电阻的一端和第二输入输出端口，所述第二上拉电阻的另一端连接至第二电源端，第一输入输出端口与第二输入输出端口对应不同的电压。本实用新型中的双向电平转换电路结构简单，电平转换精度高，易于扩展成双向电平转换电路，省去电平转换IC，可根据需要转换的接口数量设计相应通路的双向电平转换模块。
Description
技术领域
本实用新型涉及电压转换技术领域，尤其涉及一种双向电平转换电路。
背景技术
电子设备在使用时，常常出现工作于各种不同电源电压的电子设备的转接，例如3.3V/5V/9V等各种供电电平等级电子设备，为使不同电子设备间可以相互通讯，使接口可以对接，通常进行通讯接口的电平转换。此外，电子产品中经常会出现各电路模块集成电路(Integrated Circuit，IC)电源电压不同的情况，例如1.8V/3.3V/5V等各种供电电平等级的IC，为使不同电平IC模块可以相互通讯，使接口可以对接，也通常需要进行通讯接口的电平转换。目前，一般是使用电平转换芯片来实现不同电子设备间或者同一电子设备内的不同模块间的电平转换。但是，电平转换芯片的结构复杂而且成本较高。
实用新型内容
本实用新型提供一种双向电平转换电路，用于简化进行电平转换的结构，降低成本。
本实用新型提供一种双向电平转换电路，包括:基本电路单元；
所述基本电路单元包括：金属氧化物半导体场效应晶体管MOS管、第一上拉电阻和第二上拉电阻，所述MOS管的门极分别连接至第一电源端和第一上拉电阻的一端，所述MOS管的源极分别连接至第一上拉电阻的另一端和第一输入输出端口；所述MOS管的漏极分别连接至第二上拉电阻的一端和第二输入输出端口，所述第二上拉电阻的另一端连接至第二电源端，第一输入输出端口与第二输入输出端口对应不同的电压。
可选地，所述第一电源端的电压大于或等于第二电源端的电压，第一输入输出端口连接低电压模块，第二输入输出端口连接高电压模块。
可选地，在第一输入输出端口不下拉第一电源端的电压，且第二输入输出端口不下拉第二电源端的电压，所述MOS管为截至状态的状态下，第一输入输出端口和第二输入输出端口均为高电平；
在第一输入输出端口为低电平，MOS管为导通状态的状态下，第二输入输出端口通过导通的MOS管被第一输入输出端口下拉到低电平，第一输入输出端口和第二输入输出端口均为低电平且电压电平相同；
在第二输入输出端口为低电平，MOS管为导通状态的状态下，第一输入输出端口通过导通的MOS管被第二输入输出端口下拉到低电平，第一输入输出端口和第二输入输出端口均为低电平且电压电平相同。
可选地，所述低电压模块和所述高电压模块属于不同的电子设备。
可选地，所述低电压模块和所述高电压模块属于同一电子设备内部不同的电平模块。
可选地，所述基本电路单元的个数为至少一个。
本实用新型通过设置双向电平转换电路，实现在不同电子设备间或者同一电子设备的不同电压模块间需要通讯的情况下的电平转换，省去电平转换IC，结构简单，电平转换精度高，易于扩展。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例一提供的双向电平转换电路的结构示意图；
图2为本实用新型实施例二提供的工作在两种不同电子设备间的双向电平转换电路的结构示意图；
图3为本实用新型实施例三提供的工作在电子设备内部不同电平模块间的双向电平转换电路的结构示意图；
图4为本实用新型实施例四提供的工作在两种不同电子设备间的双向电平转换电路的结构示意图；
图5为本实用新型实施例五提供的工作在电子设备内部不同电平模块间的双向电平转换电路的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
图1为本实用新型实施例一提供的双向电平转换电路的结构示意图，如图1所示，包括:基本电路单元；
所述基本电路单元包括：金属氧化物半导体场效应晶体管，即MOS管(图1标示为TR)、第一上拉电阻(位于图1中左侧位置，标示为Rp)和第二上拉电阻(位于图1中右侧位置，标示的Rp)，所述MOS管的门极(图1中标示为g)分别连接至第一电源端和第一上拉电阻的一端，所述MOS管的源极(图1中标示为s)分别连接至第一上拉电阻的另一端和第一输入输出端口；所述MOS管的漏极(图1中标示为d)分别连接至第二上拉电阻的一端和第二输入输出端口，所述第二上拉电阻的另一端连接至第二电源端，第一输入输出端口与第二输入输出端口对应不同的电压。
通过MOS管和两个上拉电阻所构成的基本电路单元实现双向电平转化，当MOS管处于导通状态时，两个输入输出端口均为低电平且电压相等，当MOS管处于截至状态时，两个输入输出端口均为高电平。
本实用新型通过设置双向电平转换电路，实现在不同电子设备间或者同一电子设备的不同电压模块间需要通讯的情况下的电平转换，省去电平转换IC，结构简单，电平转换精度高，易于扩展。
可选地，所述第一电源端的电压大于或等于第二电源端的电压，第一输入输出端口连接低电压模块，第二输入输出端口连接高电压模块。
下面采用几个具体实施例对图1所示实施例的技术方案进行详细说明。
可选地，所述低电压模块和所述高电压模块属于不同的电子设备。
图2为本实用新型实施例二提供的工作在两种不同电子设备间的双向电平转换电路的结构示意图，如图2所示，本实施例中的双向电平转换电路包括一个基本电路单元，所述基本电路单元包括：一个MOS管(图2中标示为TR)和两个上拉电阻(图2中标示为Rp)，MOS管的门极(图中标示为g)分别连接至第一电源端(图2中标示为VDD1)和第一个上拉电阻的一端，MOS管的源极(图2中标示为s)分别连接至第一个上拉电阻的另一端和第一输入输出端口(图2中标示为IO1)；所述MOS管的漏极(图2中标示为d)分别连接至第二个上拉电阻的一端和第二输入输出端口(图2中标示为IO2)，所述第二个上拉电阻的另一端连接至第二电源端(图2中标示为VDD2)。其中所述电源VDD1端的电压大于等于电源VDD2，第一输入输出端口(IO1)连接第一电子设备，第二输入输出端口(IO2)连接第二电子设备。具体地，目前采用的MOSFET管基本上在基底与源极之间都有内部连接，并且MOSFET管的漏极和基底之间都有一个集成的二极管(n-p结)。
本实施例通过单路双向电平转换电路，实现工作在不同电压下两个电子设备之间的通讯。
可选地，在第一输入输出端口不下拉第一电源端的电压，且第二输入输出端口不下拉第二电源端的电压，所述MOS管为截至状态的状态下，第一输入输出端口和第二输入输出端口均为高电平；
在第一输入输出端口为低电平，MOS管为导通状态的状态下，第二输入输出端口通过导通的MOS管被第一输入输出端口下拉到低电平，第一输入输出端口和第二输入输出端口均为低电平且电压电平相同；
在第二输入输出端口为低电平，MOS管为导通状态的状态下，第一输入输出端口通过导通的MOS管被第二输入输出端口下拉到低电平，第一输入输出端口和第二输入输出端口均为低电平且电压电平相同。
例如VDD1＝1.8V，VDD2＝3.3V时，图1中的电路工作在如下状态：
1)当IO1端口和IO2端口均不下拉电源端的电压时，IO1端口通过第一个上拉电阻将电压上拉到1.8V(即电源VDD1端为1.8V)，此时MOS管的门极和源极电压均为1.8V，Vgs为0，小于开启电压，MOS管为截至状态，这时IO2端口通过第二个上拉电阻将电压上拉到3.3V(即电源VDD2端为3.3V)，此时IO1端和IO2端均为高电平，只是电压电平不同。
2)当IO1端口为低电平时，MOS管的源极变成低电平，而MOS管的门极为VDD1端电压，即1.8V，Vgs为1.8V，大于开启电压，MOS管导通，这时IO2端口通过导通的MOS管被IO1端口下拉到低电平，此时IO1端口和IO2端口均为低电平，并且电压电平相同。
3)IO2端口为低电平时，MOS管的源极电压通过漏极-基底二极管被下拉，直到Vgs大于开启电压时，MOS管导通，这时IO1端口通过导通的MOS管被IO2端口下拉到低电平，此时IO1端口和IO2端口均为低电平，并且电压电平相同。
通过上述三种状态证明了本实施例中的电路可以实现不同电平的双向传输，并与两边的驱动部分无关。
可选地，所述低电压模块和所述高电压模块属于同一电子设备内部不同的电平模块。
图3为本实用新型实施例三提供的工作在电子设备内部不同电平模块间的双向电平转换电路的结构示意图，如图3所示，本实施例中的双向电平转换电路包括一个基本电路单元，所示基本电路单元包括：一个MOS管(图3中标示为TR)和两个上拉电阻(图3中标示为Rp)，MOS管的门极(图3中标示为g)分别连接至第一电源端(图3中标示为VDD1)和第一个上拉电阻的一端，MOS管的源极(图3中标示为s)分别连接至第一个上拉电阻的另一端和第一输入输出端口(图3中标示为IO1)；所述MOS管的漏极(图3中标示为d)分别连接至第二个上拉电阻的一端和第二输入输出端口(图3中标示为IO2)，所述第二个上拉电阻的另一端连接至第二电源端(图3中标示为VDD2)。其中所述电源VDD1的电压大于等于电源VDD2，第一输入输出端口连接低电压模块，第二输入输出端口连接高电压模块。
本实施例通过单路双向电平转换电路，实现同一电子设备工作在不同电压下的不同电平模块之间的通讯。
可选地，所述基本电路单元的个数为至少一个。
图4为本实用新型实施例四提供的工作在两种不同电子设备间的双向电平转换电路的结构示意图，如图4所示，本实施例中的双向电平转换电路包括多个基本电路单元，图4中以两个为例进行说明，但本实施例并不限于此。两个基本电路单元中包含：两个MOS管和四个上拉电阻。具体地，双路IO双向电平转换电路包括：第一MOS管(图4中标示为TR1)、第二MOS管(图4中标示为TR2)、以及四个上拉电阻(图4中标示为Rp)；MOS管TR1的门极(图4中标示为g)分别连接至第一上拉电阻的一端、第二上拉电阻的一端、以及电源VDD1端，所述第一上拉电阻的另一端连接至IO12端口；MOS管TR1的源极(图4中标示为s)分别连接至第二上拉电阻的另一端和IO11端口；所述MOS管TR1的漏极(图4中标示为d)分别连接至第三上拉电阻的一端、IO21端口，所述第三上拉电阻的另一端连接至电源VDD2端；MOS管TR2的门极连接至电源VDD1端，MOS管TR2的源极(图4中标示为s)连接至IO12端口，MOS管TR2的漏极(图4中标示为d)分别连接至第四上拉电阻的一端、IO22端口，所述第四上拉电阻的另一端连接至电源VDD2端,MOS管TR2的门极连接至电源VDD1端。第一电子设备的两端分别连接IO11端口、IO12端口；第二电子设备的两端分别连接IO21端口、IO22端口。
若要实现多路IO口电平转换，则设置多个电平转换的基本电路，其实际原理和技术效果与图4中的技术效果类似，此处不再赘述。
图5为本实用新型实施例五提供的工作在电子设备内部不同电平模块间的双向电平转换电路结构示意图，具体工作原理和图4中的电路一样，差别在于图5中IO11端口、IO12端口之间，IO21端口、IO22端口之间分别连接电子设备内部不同电平模块。
本实用新型中的双向电平转换电路结构简单，电平转换精度高，易于扩展成双向电平转换电路，每使用一个MOS管和两个电阻即可搭建一路双向电平转换电路，可应用在不同电子设备间需要通讯的情况下的电平转换，省去电平转换IC，可根据需要转换的接口数量设计相应通路的双向电平转换模块，更进一步第，当要实现高速IO口电平转换的时，可使用相应的高频MOS管进行替换。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种双向电平转换电路，其特征在于，包括:基本电路单元；
所述基本电路单元包括：金属氧化物半导体场效应晶体管MOS管、第一上拉电阻和第二上拉电阻，所述MOS管的门极分别连接至第一电源端和第一上拉电阻的一端，所述MOS管的源极分别连接至第一上拉电阻的另一端和第一输入输出端口；所述MOS管的漏极分别连接至第二上拉电阻的一端和第二输入输出端口，所述第二上拉电阻的另一端连接至第二电源端，第一输入输出端口与第二输入输出端口对应不同的电压。
2.根据权利要求1所述的双向电平转换电路，其特征在于，所述第一电源端的电压大于或等于第二电源端的电压，第一输入输出端口连接低电压模块，第二输入输出端口连接高电压模块。
3.根据权利要求1所述的双向电平转换电路，其特征在于，
在第一输入输出端口不下拉第一电源端的电压，且第二输入输出端口不下拉第二电源端的电压，所述MOS管为截至状态的状态下，第一输入输出端口和第二输入输出端口均为高电平；
在第一输入输出端口为低电平，MOS管为导通状态的状态下，第二输入输出端口通过导通的MOS管被第一输入输出端口下拉到低电平，第一输入输出端口和第二输入输出端口均为低电平且电压电平相同；
在第二输入输出端口为低电平，MOS管为导通状态的状态下，第一输入输出端口通过导通的MOS管被第二输入输出端口下拉到低电平，第一输入输出端口和第二输入输出端口均为低电平且电压电平相同。
4.根据权利要求2所述的双向电平转换电路，其特征在于，所述低电压模块和所述高电压模块属于不同的电子设备。
5.根据权利要求2所述的双向电平转换电路，其特征在于，所述低电压模块和所述高电压模块属于同一电子设备内部不同的电平模块。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的双向电平转换电路，其特征在于，所述基本电路单元的个数为至少一个。
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|---|---|---|---|---|
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| WO2020232681A1 (zh) * | 2019-05-22 | 2020-11-26 | 华为技术有限公司 | 电平转换电路和电子设备 |
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