CN216490449U - 一种芯片io口电平转串口电平的电平转换电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种芯片IO口电平转串口电平的电平转换电路。现有串口芯片成本高。本实用新型包括滤波电阻、瓷片电容、肖特基二极管、PNP三极管，以及两个控制电阻和三个回流电阻；滤波电阻和瓷片电容用于组成低通滤波器；PNP三极管作为电子开关，两个控制电阻控制PNP三极管的导通和关断。使用时，将电平电路的正电源输入端、负电源输入端分别接芯片PCB印制板的正电源和负电源，芯片侧电平端接芯片的IO口，串口侧电平端接需要串口电平的外部设备的通信端口。芯片IO电平通过转换电路即可转换为标准的串口电平。本实用新型通过简单稳定的电路保证了串口电平转换的安全可靠，并且能够自由调节串口电平端的电压。
Description
技术领域
本实用新型属于集成电路技术领域，具体涉及一种芯片IO口电平转串口电平的电平转换电路。
背景技术
芯片是大规模集成电路，其中包含大量的数字模拟模块单元，但是芯片IO口电平的电压都比较低(电压值大多为3.3V)，如果芯片与电压高的电平进行通讯，比如常用的RS232串口外设，RS232串口电平的标准规定高电平是“-3V～-15V”，低电平是“3V～15V”，就需要把芯片的IO电平通过电平转换电路转换为RS232的串口电平。目前，芯片行业也提供串口芯片解决该问题，如MAX232/MAX3232。虽然这些串口芯片使用很方便，但是价格昂贵。特别现在集成芯片紧缺昂贵，在整体芯片成本要求比较高的情况下，用三极管、电阻、二极管等这种简单的分立元件设计的电平转换电路是非常可取的。
发明内容
本实用新型的目的就是针对现有技术的不足，提供一种芯片IO口电平转串口电平的电平转换电路。
本实用新型包括滤波电阻R、瓷片电容C、肖特基二极管D、PNP三极管Q，以及两个控制电阻和三个回流电阻；滤波电阻R和瓷片电容C用于组成低通滤波器；PNP三极管Q作为电子开关，两个控制电阻控制PNP三极管Q的导通和关断。
第一回流电阻Rh1的一端与第一控制电阻Rk1的一端连接后作为芯片侧电平端。第一控制电阻Rk1的另一端和第二控制电阻Rk2的一端接PNP三极管Q的基极，第二控制电阻Rk2的另一端与PNP三极管Q的发射极连接后作为正电源输入端VDD；第二回流电阻Rh2的一端与肖特基二极管D的阴极连接后作为负电源输入端VCC。第三回流电阻Rh3的一端和滤波电阻R的一端接PNP三极管Q的集电极，第三回流电阻Rh3的另一端接肖特基二极管D的阳极，滤波电阻R的另一端与瓷片电容C的一端连接后作为串口侧电平端。第一回流电阻Rh1、第二回流电阻Rh2、瓷片电容C的另一端接地。
第一控制电阻Rk1的阻值R1和第二控制电阻Rk2的阻值R2的设定满足条件：
第三回流电阻Rh3的阻值R3和滤波电阻R的阻值R4设定满足条件：
其中，VCC为负电源输入端VCC的电压，VD为肖特基二极管D的导通管压降，RL为串口电平的外部设备通信端的负载电阻。
进一步，R1＝4.3～5.1KΩ，R2＝1.1～1.5KΩ，R3＝430～510Ω，R4＝27～47Ω。
本实用新型在芯片侧电平端与串口侧电平端之间设置PNP三极管开关、RC滤波电路和肖特基二极管，3个回流电阻，2个控制电阻，当芯片侧电平端发出低电平，PNP三极管开关导通，串口侧电平端得到正电源输入端VDD提供的电压。当芯片侧电平端发出高电平，PNP三极管开关截止，串口侧电平端得到负电源输入端VCC提供的电压。本实用新型安全可靠，通过简单稳定的电路保证了串口电平转换的安全可靠。
附图说明
图1是本实用新型电平转换电路示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本实用新型技术方案做进一步的说明。
如图1所示，芯片IO口电平转串口电平的电平转换电路，包括：滤波电阻R、瓷片电容C、肖特基二极管D、PNP三极管Q，以及两个控制电阻和三个回流电阻。滤波电阻R和瓷片电容C用于组成低通滤波器。PNP三极管Q作为电子开关，两个控制电阻控制PNP三极管Q的导通和关断。
第一回流电阻Rh1的一端与第一控制电阻Rk1的一端连接后作为芯片侧电平端；
第一控制电阻Rk1的另一端和第二控制电阻Rk2的一端接PNP三极管Q的基极，第二控制电阻Rk2的另一端与PNP三极管Q的发射极连接后作为正电源输入端VDD(+5V)；第二回流电阻Rh2的一端与肖特基二极管D的阴极连接后作为负电源输入端VCC(-12V)；
第三回流电阻Rh3的一端和滤波电阻R的一端接PNP三极管Q的集电极，第三回流电阻Rh3的另一端接肖特基二极管D的阳极，滤波电阻R的另一端与瓷片电容C的一端连接后作为串口侧电平端；
第一回流电阻Rh1、第二回流电阻Rh2、瓷片电容C的另一端接地。
使用中，将电平电路的正电源输入端VDD接芯片PCB印制板的正电源(+5V)，负电源输入端VCC接芯片PCB印制板的负电源(-12V)，芯片侧电平端接芯片的IO口，串口侧电平端接需要串口电平的外部设备的通信端口。
芯片PCB印制板上电后，正电源输入端VDD和负电源输入端VCC得到正负电源供电。
当芯片IO口输出低电平时，正电源输入端VDD的电压V1通过第二控制电阻Rk2和第一控制电阻Rk1后，分别经芯片侧电平端和第一回流电阻Rh1回流到地。电压V1在第二控制电阻Rk2上产生一个大于PNP三极管Q射基结阈值电压VEB的电压V2，PNP三极管Q饱和导通，电压V2被PNP三极管Q射基结钳制在阈值电压VEB。正电源输入端VDD的电压V1通过PNP三极管Q的射集结后，一路通过第三回流电阻Rh3、肖特基二极管D和第二回流电阻Rh2到回流地，另一路通过滤波电阻R后在串口侧电平端得到电压值接近电压V1的正电压V3，正电压V3符合串口低电平的标准。
当芯片IO口输出高电平时，正电源输入端VDD的电压V1经过第二控制电阻Rk2、第一控制电阻Rk1后、第一回流电阻Rh1回流到地，同时芯片IO口输出的高电平经过第一回流电阻Rh1回流到地。电压V1在第二控制电阻Rk2上产生一个小于PNP三极管Q射基结阈值电压VEB的电压V4，使得PNP三极管Q截止，正电源输入端VDD的电压V1被PNP三极管Q的射集结断开。串口侧电平端通过滤波电阻R、第三回流电阻Rh3、肖特基二极管D后，分别通过负电源输入端VCC和第二回流电阻Rh2回流到地，串口侧电平端得到负电压V5，负电压V5符合串口高电平的标准。
PNP三极管Q的导通和截止由第一控制电阻Rk1和第二控制电阻Rk2预置调节决定，串口侧电平端的电压值由滤波电阻R和第三回流电阻Rh3预置调节决定。
当芯片侧电平端输出低电平时,如果发现PNP三极管Q未能饱和导通，而当芯片侧电平端输出高电平时,PNP三极管Q未能截止，就需要调节第一控制电阻Rk1的阻值的阻值和第二控制电阻Rk2的阻值，第一控制电阻Rk1的阻值R1和第二控制电阻Rk2的阻值R2的设定满足条件：
且
VEB为PNP三极管Q射基结阈值电压(约为0.5V)，VDD为正电源输入端电压(+5V)，VIOL为芯片IO口输出的低电平电压(约为0)，VIOH为芯片IO口输出的高电平电压。
VDD为5V，VIOH为3.3V时，优选R1＝4.3～5.1KΩ,R2＝1.1～1.5KΩ，本实施例采用R1＝4.7KΩ，R2＝1.3KΩ。
当芯片侧电平端输出高电平,PNP三极管Q截止后，如果发现RS232电平端得到的负电压不够，就需要调节第三回流电阻Rh3的阻值R3和滤波电阻R的阻值R4，第三回流电阻Rh3的阻值R3和滤波电阻R的阻值R4的设定满足条件：
VCC为负电源输入端电压(-12V)，VD为肖特基二极管D的导通管压降(约为0.7V)，RL为RS232串口电平的外部设备通信端的负载电阻。
VCC为-12V时，优选R3＝430～510Ω，R4＝27～47Ω，本实施例采用R3＝470Ω，R4＝33Ω。
第一回流电阻Rh1和第二回流电阻Rh2的阻值采用常规设计，根据需要设定。
Claims (3)
1.一种芯片IO口电平转串口电平的电平转换电路，其特征在于：包括滤波电阻R、瓷片电容C、肖特基二极管D、PNP三极管Q，以及两个控制电阻和三个回流电阻；滤波电阻R和瓷片电容C用于组成低通滤波器；PNP三极管Q作为电子开关，两个控制电阻控制PNP三极管Q的导通和关断；
第一回流电阻Rh1的一端与第一控制电阻Rk1的一端连接后作为芯片侧电平端；
第一控制电阻Rk1的另一端和第二控制电阻Rk2的一端接PNP三极管Q的基极，第二控制电阻Rk2的另一端与PNP三极管Q的发射极连接后作为正电源输入端VDD；第二回流电阻Rh2的一端与肖特基二极管D的阴极连接后作为负电源输入端VCC；
第三回流电阻Rh3的一端和滤波电阻R的一端接PNP三极管Q的集电极，第三回流电阻Rh3的另一端接肖特基二极管D的阳极，滤波电阻R的另一端与瓷片电容C的一端连接后作为串口侧电平端；
所述的第一回流电阻Rh1、第二回流电阻Rh2、瓷片电容C的另一端接地。
2.如权利要求1所述的一种芯片IO口电平转串口电平的电平转换电路，其特征在于：
第一控制电阻Rk1的阻值R1和第二控制电阻Rk2的阻值R2的设定满足条件：
第三回流电阻Rh3的阻值R3和滤波电阻R的阻值R4设定满足条件：
其中，VCC为负电源输入端VCC的电压，VD为肖特基二极管D的导通管压降，RL为串口电平的外部设备通信端的负载电阻。
3.如权利要求2所述的一种芯片IO口电平转串口电平的电平转换电路，其特征在于：R1＝4.3～5.1KΩ，R2＝1.1～1.5KΩ，R3＝430～510Ω，R4＝27～47Ω。
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