TWI622272B - 電平轉換電路及介面通信系統 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種電平轉換電路，包括第一儲能單元、第二儲能單元、第一電平轉換單元及第二電平轉換單元。第一儲能單元用於根據第一通信介面之第一發送端輸出之電壓信號進行儲能，第二儲能單元用於根據第二通信介面之第二發送端輸出之電壓信號進行儲能。第一電平轉換單元用於對第一發送端輸出之電壓信號進行電平轉換，以實現第一發送端與第二通信介面之第二接收端之間進行通信。第二電平轉換單元用於對第二發送端輸出之電壓信號進行電平轉換，以實現第二發送端與第一通信介面之第一接收端之間進行通信。本發明還提供一種介面通信系統。

Description

電平轉換電路及介面通信系統

本發明涉及介面通信領域，特別涉及一種電平轉換電路及介面通信系統。

在電子通信系統中，由於兩個通信介面之電平標準不一樣，兩者之間進行資料傳輸時可能會涉及到電平之轉換，如一個通信介面之電平是3.3V，而另一個通信介面之電平是5V，為了能實現兩個通信介面能進行資料交換，常用之做法是在該兩個通信介面之間設計一電平轉換晶片，來完成兩個通信介面之電平轉換，而該種電平轉換晶片普遍成本較高，且在使用時需要連接兩個通信介面之參考電平。

鑒於以上內容，有必要提供一種電平轉換電路，其能在無需參考電下，自動對兩個通信介面進行電平轉換。

本發明一實施方式提供一種電平轉換電路，電連接與第一通信介面與第二通信介面之間，所述電平轉換電路包括：第一儲能單元，電連接於所述第一通信介面之第一發送端，用於根據所述第一發送端輸出之電壓信號進行儲能；第二儲能單元，電連接於所述第二通信介面之第二發送端，用於根據所述第二發送端輸出之電壓信號進行儲能；第一電平轉換單元，電連接於所述第一發送端、所述第二通信介 面之第二接收端、所述第一儲能單元及所述第二儲能單元，用於對所述第一發送端輸出之電壓信號進行電平轉換，以實現所述第一發送端與所述第二接收端之間進行通信；及第二電平轉換單元，電連接於所述第二發送端、所述第一通信介面之第一接收端、所述第一儲能單元及所述第二儲能單元，用於對所述第二發送端輸出之電壓信號進行電平轉換，以實現所述第二發送端與所述第一接收端之間進行通信。

本發明一實施方式提供一種介面通信系統，包括第一通信介面、第二通信介面及電平轉換電路。所第一通信介面包括第一發送端及第一接收端，所述第二通信介面包括第二發送端及第二接收端，所述電平轉換電路包括：第一儲能單元，電連接於所述第一通信介面之第一發送端，用於根據所述第一發送端輸出之電壓信號進行儲能；第二儲能單元，電連接於所述第二通信介面之第二發送端，用於根據所述第二發送端輸出之電壓信號進行儲能；第一電平轉換單元，電連接於所述第一發送端、所述第二通信介面之第二接收端、所述第一儲能單元及所述第二儲能單元，用於對所述第一發送端輸出之電壓信號進行電平轉換，以實現所述第一發送端與所述第二接收端之間進行通信；及第二電平轉換單元，電連接於所述第二發送端、所述第一通信介面之第一接收端、所述第一儲能單元及所述第二儲能單元，用於對所述第二發送端輸出之電壓信號進行電平轉換，以實現所述第二發送端與所述第一接收端之間進行通信。

如此設置，電平轉換電路及介面通信系統不需要考慮兩端通信介面之基準電平大小，通信介面電平會自動跟隨變化，提高了在兩個通信介面基準電平不一致而需要進行通信之便利性，且成本低廉。

100‧‧‧介面通信系統

1‧‧‧電平轉換電路

2‧‧‧第一通信介面

3‧‧‧第二通信介面

11‧‧‧第一儲能單元

12‧‧‧第二儲能單元

13‧‧‧第一電平轉換單元

14‧‧‧第二電平轉換單元

15‧‧‧第一電平拉伸單元

16‧‧‧第二電平拉伸單元

TX1、TX2‧‧‧第一至第二發送端

RX1、RX2‧‧‧第一至第二接收端

Q1、Q2、Q5、Q6‧‧‧第一至第四MOS管

Q3、Q4、Q7、Q8‧‧‧第一至第四開關管

C1、C2、C3、C4‧‧‧第一至第四電容

R1、R2、R3、R4‧‧‧第一至第四電阻

D1、D2、D3、D4、D5、D6‧‧‧第一至第六二極體

圖1是本發明介面通信系統之一較佳實施方式之一模組方框圖。

圖2是本發明介面通信系統之另一較佳實施方式之一模組方框圖。

圖3是本發明電平轉換電路之一較佳實施方式之一電路圖。

請參閱圖1，本發明之一較佳實施方式提供一介面通信系統100。

介面通信系統100包括一電平轉換電路1、一第一通信介面2及一第二通信介面3。電平轉換電路1電連接於第一通信介面2與第二通信介面3之間，當第一通信介面2與第二通信介面3之信號基準電平不一樣時，藉由電平轉換電路1進行電平轉換，可以實現第一通信介面2與第二通信介面3順利進行通信。例如第一通信介面2之基準電平為3.3V，第二通信介面3之基準電平為5V。或者第一通信介面2之基準電平為5V，第二通信介面3之基準電平為3.3V。

第一通信介面2包括第一發送端TX1及第一接收端RX1。第二通信介面3包括第二發送端TX2及第二接收端RX2。當第一通信介面2與第二通信介面3進行通信時，資料傳輸過程可以是第一通信介面2之第一發送端TX1發送資料，第二通信介面3之第二接收端RX2接收資料，或者為第二通信介面3之第二發送端TX2發送資料，第一通信介面2之第一接收端RX1接收資料。

電平轉換電路1包括第一儲能單元11、第二儲能單元12、第一電平轉換單元13及第二電平轉換單元14。第一儲能單元11電連接於第一通信介面2之第一發送端TX1，第一儲能單元11用於根據第一發送端TX1輸出之電壓信號進行儲能。第二儲能單元12電連接於第二通信介面3之第二發送端TX2，用於根據第二發送端TX2輸出之電壓信號進行儲能。第一電平轉換單元13電連接於第一發送端TX1、第二接收端RX2、第一儲能單元11及第二儲能單元12，用於對第一發送端TX1輸出之電壓信號進行電平轉換，以實現第一發送端TX1與第二接收端RX2之間進行通信。第二電平轉換單元14電連接於第二發送端TX2、第一接收端RX1、第一儲能單元11及第二儲能單元12，用於對第二發送端TX2輸出之電壓信號進行電平轉換，以實現第二發送端TX2與第一接收端RX1之間進行通信。

需要說明之是，第一發送端TX1輸出之電壓信號及第二發送端TX2輸出之電壓信號為第一通信介面2與第二通信介面3之間進行通信之資料信號。

請同時參閱圖2，在本發明一實施方式中，為了使得第一接收端RX1、第二接收端RX2之接收到之信號之電平跟隨第二發送端TX2、第一發送端TX1發送之信號之電平，電平轉換電路1還包括第一電平拉伸單元15及第二電平拉伸單元16。第一電平拉伸單元15電連接於第一電平轉換單元13，第一電平拉伸單元15用於對第一發送端TX1輸出之電壓信號進行轉換，以縮短第二接收端RX2電平之爬升時間，從而使得第二接收端RX2接收到之信號波形基本與第一發送端TX1輸出之信號波形一致。第二電平拉伸單元16電連接於第二電平轉換單元14，第二電平拉伸單元16用於對第二發送端TX2輸出之電壓信號進行轉換，以縮短第一接收端RX1電位之爬升時間，從而使得第一接收端RX1接收到之信號波形基本與第二發送端TX2輸出之信號波形一致。

請同時參閱圖3，在本發明一實施方式中，第一儲能單元11包括第一二極體D1及第一電容C1。第一二極體D1之正極電連接於第一發送端TX1，第一二極體D1之負極電連接於第一電容C1之一端，第一電容C1之另一端接地。

第一電平轉換單元13包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第二二極體D2、第三二極體D3及第一電阻R1。第一MOS管Q1之閘極電連接於第一二極體D1與第一電容C1之公共端，第一MOS管Q1之源極電連接於第一發送端TX1。第二二極體D2之正極電連接於第一MOS管Q1之源極，第二二極體D2之負極電連接於第一MOS管Q1之汲極。第二MOS管Q2之汲極電連接於第一MOS管Q1之汲極，第二MOS管Q2之源極電連接於第二接收端RX2。第一電阻R1電連接於第二MOS管Q2之閘極與源極之間。

第一電平拉伸單元15包括第二電容C2、第二電阻R2、第一開關管Q3及第二開關管Q4。第二電容C2之一端電連接於第一發送端TX1，第二電容C2之另一端電連接於第二電阻R2之一端，第二電阻R2之另一端接地。第一開關管Q3包括控制端、第一端及第二端。第一開關管Q3之控制端電連接於第二電阻R2及第二電容C2之公共端，第一開關管Q3之第二端接地。第二開關管Q4包括控制端、第一端及第二端。第二開關管Q4之控制端電連接於第一開關管Q3之第一端，第二開關管Q4之第一端電連接於第二接收端RX2，第二開關管Q4之第二端電連接於第二MOS管Q2之閘極。

需要說明之是，第一儲能單元11、第一電平轉換單元13及第一電平拉伸單元15之電路結構不僅僅是上述所述之結構，也可以是類似之電路結構變形，如第一電平轉換單元13可以省略第一電阻R1。第一電平拉伸單元15可以為包含一個開關管之電路結構。

第二儲能單元12包括第四二極體D4及第三電容C3。第四二極體D4之正極電連接於第二發送端TX2，第四二極體D4之負極電連接於第三電容C3之一端，第三電容C3之另一端接地。

第二電平轉換單元14包括第三MOS管Q5、第四MOS管Q6、第五極管D5、第六二極體D6及第三電阻R3。第三MOS管Q5之閘極電連接於第四極管D1之負極及第二MOS管Q2之閘極，第三MOS管Q5之源極電連接於第二發送端TX2。第五極管D5之正極電連接於第三MOS管Q5之源極，第五極管D5之負極電連接於第三MOS管Q5之汲極。第四MOS管Q6之汲極電連接於第三MOS管Q6之汲極，第四MOS管Q6之源極電連接於第一接收端RX1，第四MOS管Q6之閘極電連接於第一MOS管Q1之閘極。第三電阻R3電連接於第四MOS管Q6之閘極與源極之間。

第二電平拉伸單元16包括第四電容C4、第四電阻R4、第三開關管Q7及第四開關管Q8。第四電容C4之一端電連接於第二發送端TX2，第四電容C4之另一端電連接於第四電阻R4之一端，第四電阻R4之另一端接地。第三開關管Q7包括控制端、第一端及第二端。第三開關管Q7之控制端電連接於第四電阻R4及第四電容C4之公共端，第三開關管Q7之第二端接地。第四開關管Q8包括控制端、第一端及第二端。第四開關管Q8之控制端電連接於第三開關管Q7之第一端，第四開關管Q8之第一端電連接於第一接收端RX1，第四開關管Q8之第二端電連接於第四MOS管Q6之閘極。

需要說明之是，第二儲能單元12、第二電平轉換單元14及第二電平拉伸單元16之電路結構不僅僅是上述所述之結構，也可以是類似之電路結構變形，如第二電平轉換單元14可以省略第三電阻R3。第二電平拉伸單元16可以為包含一個開關管之電路結構。

在本發明一實施方式中，第一儲能單元11藉由接收第一發送端TX1之電信號對第一電容C1進行充電，從而使得第一MOS管Q1之閘極，第四MOS管Q6之閘極、第三電阻R3之一端及第四開關管Q8之第二端之電位均能維持在 一定之電位上，保證第一MOS管Q1、第四MOS管Q6及第四開關管Q8能順利進行切換動作。同樣地，第二儲能單元12藉由接收第二發送端TX2之電信號對第三電容C3進行充電，從而使得第二MOS管Q2之閘極、第三MOS管Q5之閘極，第一電阻R1之一端及第二開關管Q4之第二端之電位均能維持在一定之電位上，保證第二MOS管Q2、第三MOS管Q5及第二開關管Q4能順利進行導通與閉合動作。

在本發明一實施方式中，第一至第四MOS管Q1、Q2、Q5、Q6優選為NMOS管，同時為了滿足第一通信介面2及第二通信介面3快速通信之要求，如SPI介面之4MHz之速率，第一至第四MOS管Q1、Q2、Q5、Q6優選為開關回應速度優良之NMOS管來滿足介面傳輸速率。

第一至第六二極體D1-D6優選為肖特基二極體。第一開關管Q3及第三開關管Q7優選為NPN三極體。第一開關管Q3及第三開關管Q7之控制端為NPN三極體之基極，第一開關管Q3及第三開關管Q7之第一端為NPN三極體之集極，第一開關管Q3及第三開關管Q7之第二端為NPN三極體之射極。第二開關管Q4及第四開關管Q8優選為PNP三極體。第二開關管Q4及第四開關管Q8之控制端為PNP三極體之基極，第二開關管Q4及第四開關管Q8之第一端為PNP三極體之集極，第二開關管Q4及第四開關管Q8之第二端為PNP三極體之射極。

當第一通信介面2之基準電平為第一基準值，第一通信介面2之基準電平為第二基準值，由於第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第二二極體D2、第三二極體D3這一電連接結構，使得第一發送端TX1信號之電壓基準值與第二接收端RX2信號之電壓基準值沒有高低要求之分，使得第一發送端TX1與第二接收端RX2可以進行電平轉換而完成資料傳輸。同樣地，由於第三MOS管Q5、第四MOS管Q6、第五極管D5、第六二極體D6這一電連接結構，使得第二發送端TX2信號之電壓基準值與第一接收端RX1信號之電壓基準值也沒有高低要求之分，第二發送端TX2與第一接收端RX1可以進行電平轉換而完成資料傳輸。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請 專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

Claims (10)

1. 一種電平轉換電路，電連接於第一通信介面與第二通信介面之間，其特徵在於，所述電平轉換電路包括：第一儲能單元，電連接於所述第一通信介面之第一發送端，用於根據所述第一發送端輸出之電壓信號進行儲能；第二儲能單元，電連接於所述第二通信介面之第二發送端，用於根據所述第二發送端輸出之電壓信號進行儲能；第一電平轉換單元，電連接於所述第一發送端、所述第二通信介面之第二接收端、所述第一儲能單元及所述第二儲能單元，用於對所述第一發送端輸出之電壓信號進行電平轉換，以實現所述第一發送端與所述第二接收端之間進行通信，其中所述第一電平轉換單元包括：第一MOS管，閘極電連接於所述第一儲能單元，源極電連接於所述第一發送端；第三二極體，正極電連接於所述第一MOS管之源極，負極電連接於所述第一MOS管之汲極；第二MOS管，閘極電連接於所述第二儲能單元，源極電連接於所述第二接收端，汲極電連接於所述第一MOS管之汲極；及第四二極體，正極電連接於所述第二MOS管之源極，負極電連接於所述第二MOS管之汲極；及第二電平轉換單元，電連接於所述第二發送端、所述第一通信介面之第一接收端、所述第一儲能單元及所述第二儲能單元，用於對所述第二發送端輸出之電壓信號進行電平轉換，以實現所述第二發送端與所述第一接收端之間進行通信。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電平轉換電路，其中所述第一儲能單元包括：第一二極體，正極電連接於所述第一發送端；及第一電容，一端電連接於所述第一二極體之負極，另一端接地；其中所述第二儲能單元包括： 第二二極體，正極電連接於所述第二發送端；及第二電容，一端電連接於所述第二二極體之負極，另一端接地。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電平轉換電路，所述第二電平轉換單元包括：第三MOS管，閘極電連接於所述第二儲能單元，源極電連接於所述第二發送端；第五二極體，正極電連接於所述第三MOS管之源極，負極電連接於所述第三MOS管之汲極；第四MOS管，閘極電連接於所述第一儲能單元，源極電連接於所述第一接收端，汲極電連接於所述第三MOS管之汲極；及第六二極體，正極電連接於所述第四MOS管之源極，負極電連接於所述第四MOS管之汲極。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電平轉換電路，其中所述第一電平轉換單元還包括第一電阻，所述第一電阻電連接於所述第二MOS管之源極與閘極之間，所述第二電平轉換單元還包括第二電阻，所述第二電阻電連接於所述第四MOS管之源極與閘極之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電平轉換電路，更包括電連接於所述第一電平轉換單元之第一電平拉伸單元，用於對所述第一發送端輸出之電壓信號進行轉換，以縮短所述第二接收端電平之爬升時間。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電平轉換電路，其中所述第一電平拉伸單元包括：第三電容，一端電連接於所述第一發送端；第三電阻，一端電連接於所述第三電容之另一端，另一端接地；第一開關管，包括控制端、第一端及第二端，所述控制端電連接於所述第三電容之另一端，所述第二端接地；及 第二開關管，包括控制端、第一端及第二端，所述控制端電連接於所述第一開關管之第一端，所述第一端電連接於所述第二接收端，所述第二端電連接於所述第一電平轉換單元。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電平轉換電路，更包括電連接於所述第二電平轉換單元之第二電平拉伸單元，用於對所述第二發送端輸出之電壓信號進行轉換，以縮短所述第一接收端電平之爬升時間。
8. 如申請專利範圍第7項所述之電平轉換電路，其中所述第二電平拉伸單元包括：第四電容，一端電連接於所述第二發送端；第四電阻，一端電連接於所述第四電容之另一端，另一端接地；第三開關管，包括控制端、第一端及第二端，所述控制端電連接於所述第四電容之另一端，所述第二端接地；及第四開關管，包括控制端、第一端及第二端，所述控制端電連接於所述第三開關管之第一端，所述第一端電連接於所述第一接收端，所述第二端電連接於所述第二電平轉換單元。
9. 如申請專利範圍第8項所述之電平轉換電路，其中所述第一開關管與所述第三開關管為NPN三極體，所述第一開關管與所述第三開關管之控制端為NPN三極體之基極，所述第一開關管與所述第三開關管之第一端為NPN三極體之集極，所述第一開關管與所述第三開關管之第二端為NPN三極體之射極；所述第二開關管與所述第四開關管為PNP三極體，所述第二開關管與所述第四開關管之控制端為PNP三極體之基極，所述第二開關管與所述第四開關管之第一端為PNP三極體之集極，所述第二開關管與所述第四開關管之第二端為PNP三極體之射極。
10. 一種介面通信系統，包括第一通信介面及第二通信介面，所述第一通信介面包括第一發送端及第一接收端，所述第二通信介面包括第二發送端及第二接收端，其特徵在於，所述介面通信系統還包括如申請專利範圍第1-9任意一項所述之電平轉換電路。