CN217037163U - 电平转换电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种电平转换电路。该电平转换电路包括：第一晶体管、第二晶体管、第一上拉模块、第二上拉模块、限流模块、滤波模块、第一供电电压端和第二供电电压端。本实用新型实施例提供的电平转换电路，第一电子设备的供电电压为第一供电电压，第二电子设备的供电电压为第二供电电压，在第一电子设备和第二电子设备进行通信时，能够实现第一电子设备的通信端和第二电子设备的通信端之间的双向电平转换。与现有技术相比，本方案的结构简单，无需在第一电子设备的通信端和第二电子设备之间设置电平转换芯片，有助于降低成本。

Description

电平转换电路

技术领域

本实用新型实施例涉及电平转换技术领域，尤其涉及一种电平转换电路。

背景技术

在应用不同的电子设备进行双向通信时，由于不同电子设备的供电电压可能不同，为了避免二者之间的通信受到供电电压的影响，需要进行电子设备的通信端的电平转换。目前，电子设备的电平转换方案大多采用电平转换芯片来实现。然而，现有电平转换芯片的结构较为复杂，并且成本较高。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种电平转换电路，以实现第一电子设备的通信端和第二电子设备的通信端之间的双向电平转换，并降低成本。

本实用新型实施例提供了一种电平转换电路，包括：第一晶体管、第二晶体管、第一上拉模块、第二上拉模块、限流模块、滤波模块、第一供电电压端和第二供电电压端；

所述第一晶体管的第一极连接第一电子设备的第一通信端，第二极连接第二电子设备的第一通信端，栅极连接所述第一供电电压端；

所述第二晶体管的第一极连接所述第一电子设备的第二通信端，第二极连接所述第二电子设备的第二通信端，栅极连接所述第一供电电压端；

所述第一上拉模块连接于所述第一供电电压端和所述第一晶体管的第一极之间，并连接于所述第一供电电压端和所述第二晶体管的第一极之间；

所述第二上拉模块连接于所述第二供电电压端和所述第一晶体管的第二极之间，并连接于所述第二供电电压端和所述第二晶体管的第二极之间；

所述限流模块连接于所述第一晶体管的第二极和所述第二电子设备的第一通信端之间，并连接于所述第二晶体管的第二极和所述第二电子设备的第二通信端之间；

所述滤波模块分别连接所述第一电子设备的第二通信端和所述第二电子设备的第二通信端。

可选地，所述第一供电电压端接入第一供电电压，所述第二供电电压端接入第二供电电压，所述第一供电电压低于所述第二供电电压。

可选地，所述第一晶体管和所述第二晶体管均为N沟道晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管的阈值电压均小于所述第一供电电压。

可选地，所述第一上拉模块包括第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的第一端连接所述第一供电电压端，所述第一电阻的第二端连接于所述第一电子设备的第一通信端和所述第一晶体管的第一极之间；

所述第二电阻的第一端连接所述第一供电电压端，所述第二电阻的第二端连接于所述第一电子设备的第二通信端和所述第二晶体管的第一极之间。

可选地，所述第二上拉模块包括第三电阻和第四电阻；

所述第三电阻的第一端连接所述第二供电电压端，所述第三电阻的第二端连接所述第一晶体管的第二极；

所述第四电阻的第一端连接所述第二供电电压端，所述第四电阻的第二端连接所述第二晶体管的第二极。

可选地，所述限流模块包括第五电阻和第六电阻；

所述第五电阻的第一端连接所述第一晶体管的第二极，所述第五电阻的第二端连接所述第二电子设备的第一通信端；

所述第六电阻的第一端连接所述第二晶体管的第二极，所述第六电阻的第二端连接所述第二电子设备的第二通信端。

可选地，还包括第一测试端和第二测试端；

所述第一测试端连接所述第五电阻的第一端，所述第一测试端用于检测所述第一电子设备的第一通信端和所述第二电子设备的第一通信端之间的信号；

所述第二测试端连接所述第六电阻的第一端，所述第二测试端用于检测所述第一电子设备的第二通信端和所述第二电子设备的第二通信端之间的信号。

可选地，所述滤波模块包括第一电容和第二电容；

所述第一电容的第一极连接所述第二电子设备的第一通信端，所述第一电容的第二极接地；

所述第二电容的第一极连接所述第二电子设备的第二通信端，所述第二电容的第二极接地。

可选地，所述第一电子设备为计算机，所述第二电子设备为单片机。

可选地，所述第一电子设备包括中央处理器，所述第一电子设备的第一通信端为所述中央处理器的两线式串行总线的串行时钟线端，所述第一电子设备的第二通信端为所述中央处理器的两线式串行总线的串行数据线端；

所述第二电子设备的第一通信端为所述单片机的两线式串行总线的串行时钟线端，所述第二电子设备的第二通信端为所述单片机的两线式串行总线的串行数据线端。

本实用新型实施例提供的电平转换电路，第一电子设备的供电电压为第一供电电压，第二电子设备的供电电压为第二供电电压，在第一电子设备和第二电子设备进行通信时，能够实现第一电子设备的通信端和第二电子设备的通信端之间的双向电平转换。与现有技术相比，本方案的结构简单，无需在第一电子设备的通信端和第二电子设备之间设置电平转换芯片，有助于降低成本。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种电平转换电路的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的另一种电平转换电路的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的另一种电平转换电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

本实用新型实施例提供了一种电平转换电路，图1是本实用新型实施例提供的一种电平转换电路的结构示意图。参见图1，该电平转换电路包括：第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第一上拉模块10、第二上拉模块20、限流模块30、滤波模块40、第一供电电压端V1和第二供电电压端V2。

第一晶体管Q1的第一极s连接第一电子设备50的第一通信端a11，第一晶体管Q1的第二极d连接第二电子设备60的第一通信端a21，第一晶体管Q1 的栅极g连接第一供电电压端V1。第一晶体管Q1的第一极s和第二极d中的一个为源极，另一个为漏极，图1示意性地示出了第一晶体管Q1的第一极s 为源极，第二极为漏极的情况。

第二晶体管Q2的第一极s连接第一电子设备50的第二通信端a12，第二晶体管Q2的第二极d连接第二电子设备60的第二通信端a22，第二晶体管Q2 的栅极g连接第一供电电压端V1。第二晶体管Q2的第一极s和第二极d中的一个为源极，另一个为漏极，图1示意性地示出了第二晶体管Q2的第一极s 为源极，第二极为漏极的情况。

第一上拉模块10连接于第一供电电压端V1和第一晶体管Q1的第一极s 之间，并连接于第一供电电压端V1和第二晶体管Q2的第一极s之间。第一上拉模块10用于将第一晶体管Q1的第一极s的电压上拉至第一供电电压，并将第二晶体管Q2的第一极s的电压上拉至第一供电电压。

第二上拉模块20连接于第二供电电压端V2和第一晶体管Q1的第二极d 之间，并连接于第二供电电压端V2和第二晶体管Q2的第二极d之间。第二上拉模块20用于将第一晶体管Q1的第二极d的电压上拉至第二供电电压，并将第二晶体管Q2的第二极d的电压上拉至第二供电电压。

限流模块30连接于第一晶体管Q1的第二极d和第二电子设备60的第一通信端a21之间，并连接于第二晶体管Q2的第二极d和第二电子设备60的第二通信端a22之间。限流模块30用于对第一电子设备50的第一通信端a11至第二电子设备60的第一通信端a21之间的线路的电流进行限制，并对第一电子设备50的第二通信端a12至第二电子设备60的第二通信端a22之间的线路的电流进行限制。

滤波模块40分别连接第一电子设备50的第二通信端a12和第二电子设备 60的第二通信端a22。滤波模块40用于对第一电子设备50的第二通信端a12 和第二电子设备60的第二通信端a22的信号进行滤波。

其中，第一供电电压端V1接入第一供电电压，第二供电电压端V2接入第二供电电压，第一电子设备50的供电电压为第一供电电压，第二电子设备60 的供电电压为第二供电电压，第一供电电压和第二供电电压不同。第一电子设备50和第二电子设备60既可以是相同的电子设备，也可以是不同的电子设备。

本实用新型实施例提供的电平转换电路，能够对第一电子设备50和第二电子设备60之间传输的通信信号的电平进行双向转换。示例性地，下面以第一晶体管Q1和第二晶体管Q2均是N沟道晶体管为例，对第一电子设备50的第一通信端a11和第二电子设备60的第一通信端a21之间的电平转换原理进行说明：

(1)在第一电子设备50的第一通信端a11输出低电平时，第一晶体管Q1 导通，第一晶体管Q1的第二极d的电压被拉低，第二电子设备60的第一通信端a21为低电平。

(2)在第一电子设备50的第一通信端a11输出高电平时，第一晶体管Q1 关断，第二电子设备60的第一通信端a21被第二上拉模块20上拉至高电平。

(3)在第二电子设备60的第一通信端a21输出低电平时，第一晶体管Q1 关断，由于第一晶体管Q1中包括二极管，第一晶体管Q1中的二极管将第一电子设备50的第一通信端a11下拉至低电平。

(4)在第二电子设备60的第一通信端a21输出高电平时，第一晶体管Q1 关断，第一电子设备50的第一通信端a11被第一上拉模块10上拉至高电平。

第一电子设备50的第二通信端a12和第二电子设备60的第二通信端a22 之间的电平转换原理与上述原理类似，并且能够产生相同的技术效果，不再赘述。

本实用新型实施例提供的电平转换电路，第一电子设备的供电电压为第一供电电压，第二电子设备的供电电压为第二供电电压，在第一电子设备和第二电子设备进行通信时，能够实现第一电子设备的通信端和第二电子设备的通信端之间的双向电平转换。与现有技术相比，本方案的结构简单，无需在第一电子设备的通信端和第二电子设备之间设置电平转换芯片，有助于降低成本。

参见图1，可选地，第一供电电压端V1接入的第一供电电压，低于第二供电电压端V2接入的第二供电电压。例如，第一供电电压为1.8V，第二供电电压为3.3V，以实现1.8V和3.3V之间的双向电平转换。

继续参见图1，在上述实施例的基础上，可选地，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2均为N沟道晶体管，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的阈值电压均小于第一供电电压。示例性地，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2均可以是型号为 WNM2021的N沟道晶体管，在第一供电电压为1.8V时，由于第一晶体管Q1 和第二晶体管Q2的阈值电压均小于1.8V，使得第一晶体管Q1和第二晶体管 Q2的导通易于控制。

图2是本实用新型实施例提供的另一种电平转换电路的结构示意图。参见图2，可选地，第一上拉模块10包括第一电阻R1和第二电阻R2；第一电阻 R1的第一端连接第一供电电压端V1，第一电阻R1的第二端连接于第一电子设备50的第一通信端a11和第一晶体管Q1的第一极s之间；第二电阻R2的第一端连接第一供电电压端V1，第二电阻R2的第二端连接于第一电子设备50的第二通信端a12和第二晶体管Q2的第一极s之间。其中，第一电阻R1用于将第一晶体管Q1的第一极s的电压上拉至第一供电电压，第二电阻R2用于将第二晶体管Q2的第一极s的电压上拉至第一供电电压。第一电阻R1和第二电阻R2 的阻值均可以是4.7kΩ。

继续参见图2，可选地，第二上拉模块20包括第三电阻R3和第四电阻R4；第三电阻R3的第一端连接第二供电电压端V2，第三电阻R3的第二端连接第一晶体管Q1的第二极d；第四电阻R4的第一端连接第二供电电压端V2，第四电阻R4的第二端连接第二晶体管Q2的第二极d。其中，第三电阻R3用于将第一晶体管Q1的第二极d的电压上拉至第二供电电压，第四电阻R4用于将第二晶体管Q2的第二极d的电压上拉至第二供电电压。第三电阻R3和第四电阻R4的阻值均可以是4.7kΩ。

继续参见图2，可选地，限流模块30包括第五电阻R5和第六电阻R6；第五电阻R5的第一端连接第一晶体管Q1的第二极d，第五电阻R5的第二端连接第二电子设备60的第一通信端a21；第六电阻R6的第一端连接第二晶体管 Q2的第二极d，第六电阻R6的第二端连接第二电子设备60的第二通信端a22。其中，第五电阻R5用于对第一电子设备50的第一通信端a11至第二电子设备 60的第一通信端a21之间的线路的电流进行限制，第六电阻R6用于对第一电子设备50的第二通信端a12至第二电子设备60的第二通信端a22之间的线路的电流进行限制。第五电阻R5和第六电阻R6的阻值均可以是33Ω。

继续参见图2，可选地，滤波模块40包括第一电容C1和第二电容C2；第一电容C1的第一极连接第二电子设备60的第一通信端a21，第一电容C1的第二极接地；第二电容C2的第一极连接第二电子设备60的第二通信端a22，第二电容C2的第二极接地。第一电容C1用于对第二电子设备60的第一通信端a21的信号进行滤波，第二电容C2用于对第二电子设备60的第二通信端a22 的信号进行滤波。第一电容C1和第二电容C2的容值均可以是10pF。

继续参见图2，示例性地，在上述各实施例的基础上，以第一供电电压为 1.8V，第二供电电压为3.3V为例，对第一电子设备50的第一通信端a11和第二电子设备60的第一通信端a21之间的电平转换原理进行说明：

(1)在第一电子设备50的第一通信端a11输出低电平时，第一通信端a11 的电压为0V。第一晶体管Q1的栅源压差Vgs为1.8V，大于其阈值电压，第一晶体管Q1导通。第一晶体管Q1的第二极d的电压被拉低，第二电子设备60 的第一通信端a21为低电平。

(2)在第一电子设备50的第一通信端a11输出高电平时，第一通信端a11 的电压为1.8V。第一晶体管Q1的栅源压差Vgs为0，第一晶体管Q1关断。第二电子设备60的第一通信端a21被第三电阻R3上拉至高电平，第一通信端a21 的电压为3.3V。

(3)在第二电子设备60的第一通信端a21输出低电平时，第一晶体管Q1 关断，由于第一晶体管Q1中包括二极管，第一晶体管Q1中的二极管将第一电子设备50的第一通信端a11下拉至低电平。

(4)在第二电子设备60的第一通信端a21输出高电平时，第一通信端a21 的电压为3.3V。第一晶体管Q1的栅源压差Vgs为0，第一晶体管Q1关断。第一电子设备50的第一通信端a11被第一电阻R1上拉至高电平，第一通信端a11 的电压为1.8V。

第一电子设备50的第二通信端a12和第二电子设备60的第二通信端a22 之间的电平转换原理与上述原理类似，并且能够产生相同的技术效果，不再赘述。

本实用新型实施例提供的电平转换电路，第一电子设备的供电电压为1.8V，第二电子设备的供电电压为3.3V，在第一电子设备和第二电子设备进行通信时，能够实现第一电子设备的通信端和第二电子设备的通信端之间的双向电平转换，即1.8V和3.3V之间的双向电平转换。与现有技术相比，本方案的结构简单，无需在第一电子设备的通信端和第二电子设备之间设置电平转换芯片，有助于降低成本。

图3是本实用新型实施例提供的另一种电平转换电路的结构示意图。参见图3，在上述各实施例的基础上，可选地，电平转换电路还包括第一测试端TP1 和第二测试端TP2；第一测试端TP1连接第五电阻R5的第一端，第一测试端 TP1用于检测第一电子设备50的第一通信端a11和第二电子设备60的第一通信端a21之间的信号；第二测试端TP2连接第六电阻R6的第一端，第二测试端TP2用于检测第一电子设备50的第二通信端a12和第二电子设备60的第二通信端a22之间的信号。

示例性地，在测试阶段，通过检测第一测试端TP1的信号，能够确定第一电子设备50的第一通信端a11和第二电子设备60的第一通信端a21之间的通信信号是否正常。在第一电子设备50的第一通信端a11和第二电子设备60的第一通信端a21之间的通信信号出现异常时，可以将第五电阻R5移除，并再次检测第一测试端TP1的信号，以确定第一电子设备50的第一通信端a11是否能够正常输出通信信号。在测试完毕之后，可重新将第五电阻R5接入电平转换电路，以使电平转换电路能够正常工作。同理，通过检测第二测试端TP2的信号，能够确定第一电子设备50的第二通信端a12和第二电子设备60的第二通信端a22之间的通信信号是否正常。在第一电子设备50的第二通信端a12和第二电子设备60的第二通信端a22之间的通信信号出现异常时，可以将第六电阻R6 移除，并再次检测第二测试端TP2的信号，以确定第一电子设备50的第二通信端a12是否能够正常输出通信信号。在测试完毕之后，可重新将第六电阻R6 接入电平转换电路，以使电平转换电路能够正常工作。

继续参见图3，在上述各实施例的基础上，可选地，第一电子设备50为计算机，第二电子设备60为单片机。通过在计算机和单片机之间设置电平转换电路，在计算机和单片机进行通信时，能够实现计算机的通信端和单片机的通信端之间的双向电平转换。

继续参见图3，可选地，第一电子设备50包括中央处理器(CPU)，第一电子设备50的第一通信端a11为中央处理器的两线式串行总线(Inter-Integrated Circuit，I2C)的串行时钟线端(例如SCL引脚)，第一电子设备50的第二通信端a12为中央处理器的两线式串行总线I2C的串行数据线端(例如SDA引脚)；第二电子设备60的第一通信端a21为单片机的两线式串行总线I2C的串行时钟线端(例如SCL引脚)，第二电子设备60的第二通信端a22为单片机的两线式串行总线I2C的串行数据线端(例如SDA引脚)。其中，中央处理器CPU的型号可以是Hi3559ARFCV100，单片机的型号可以是GD32F103CBT6。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种电平转换电路，其特征在于，包括：第一晶体管、第二晶体管、第一上拉模块、第二上拉模块、限流模块、滤波模块、第一供电电压端和第二供电电压端；

所述第一晶体管的第一极连接第一电子设备的第一通信端，第二极连接第二电子设备的第一通信端，栅极连接所述第一供电电压端；

所述第二晶体管的第一极连接所述第一电子设备的第二通信端，第二极连接所述第二电子设备的第二通信端，栅极连接所述第一供电电压端；

所述第一上拉模块连接于所述第一供电电压端和所述第一晶体管的第一极之间，并连接于所述第一供电电压端和所述第二晶体管的第一极之间；

所述第二上拉模块连接于所述第二供电电压端和所述第一晶体管的第二极之间，并连接于所述第二供电电压端和所述第二晶体管的第二极之间；

所述限流模块连接于所述第一晶体管的第二极和所述第二电子设备的第一通信端之间，并连接于所述第二晶体管的第二极和所述第二电子设备的第二通信端之间；

所述滤波模块分别连接所述第一电子设备的第二通信端和所述第二电子设备的第二通信端。

2.根据权利要求1所述的电平转换电路，其特征在于，所述第一供电电压端接入第一供电电压，所述第二供电电压端接入第二供电电压，所述第一供电电压低于所述第二供电电压。

3.根据权利要求2所述的电平转换电路，其特征在于，所述第一晶体管和所述第二晶体管均为N沟道晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管的阈值电压均小于所述第一供电电压。

4.根据权利要求1所述的电平转换电路，其特征在于，所述第一上拉模块包括第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的第一端连接所述第一供电电压端，所述第一电阻的第二端连接于所述第一电子设备的第一通信端和所述第一晶体管的第一极之间；

所述第二电阻的第一端连接所述第一供电电压端，所述第二电阻的第二端连接于所述第一电子设备的第二通信端和所述第二晶体管的第一极之间。

5.根据权利要求1所述的电平转换电路，其特征在于，所述第二上拉模块包括第三电阻和第四电阻；

所述第三电阻的第一端连接所述第二供电电压端，所述第三电阻的第二端连接所述第一晶体管的第二极；

所述第四电阻的第一端连接所述第二供电电压端，所述第四电阻的第二端连接所述第二晶体管的第二极。

6.根据权利要求1所述的电平转换电路，其特征在于，所述限流模块包括第五电阻和第六电阻；

所述第五电阻的第一端连接所述第一晶体管的第二极，所述第五电阻的第二端连接所述第二电子设备的第一通信端；

所述第六电阻的第一端连接所述第二晶体管的第二极，所述第六电阻的第二端连接所述第二电子设备的第二通信端。

7.根据权利要求6所述的电平转换电路，其特征在于，还包括第一测试端和第二测试端；

所述第一测试端连接所述第五电阻的第一端，所述第一测试端用于检测所述第一电子设备的第一通信端和所述第二电子设备的第一通信端之间的信号；

所述第二测试端连接所述第六电阻的第一端，所述第二测试端用于检测所述第一电子设备的第二通信端和所述第二电子设备的第二通信端之间的信号。

8.根据权利要求1所述的电平转换电路，其特征在于，所述滤波模块包括第一电容和第二电容；

所述第一电容的第一极连接所述第二电子设备的第一通信端，所述第一电容的第二极接地；

所述第二电容的第一极连接所述第二电子设备的第二通信端，所述第二电容的第二极接地。

9.根据权利要求1-8中任一所述的电平转换电路，其特征在于，所述第一电子设备为计算机，所述第二电子设备为单片机。

10.根据权利要求9所述的电平转换电路，其特征在于，所述第一电子设备包括中央处理器，所述第一电子设备的第一通信端为所述中央处理器的两线式串行总线的串行时钟线端，所述第一电子设备的第二通信端为所述中央处理器的两线式串行总线的串行数据线端；

所述第二电子设备的第一通信端为所述单片机的两线式串行总线的串行时钟线端，所述第二电子设备的第二通信端为所述单片机的两线式串行总线的串行数据线端。

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