Выключатель на два направления схема подключения: Подключение проходного выключателя — 2 ошибки и недостатки. Схема подключения с двух и 3-х мест.

Введение

Есть ли у вас 3,3 В I ² C или SPI датчик, который может подняться в дыму при подключении к 5 В Arduino? Или устройство на 5 В, которое требует обходного пути для совместимости с Raspberry Pi 4 на 3.3 В, Raspberry Pi Zero, Turbo RedBoard, Turbo RedBoard или Arduino Due?

Чтобы преодолеть это препятствие, вам нужно устройство, которое может смещать 3,3 В до 5 В или 5 В до 3,3 В. Это называется смещением логического уровня.Сдвиг уровня является настолько распространенной дилеммой, что мы разработали простую сборку печатных плат для упрощения сопряжения устройств: двунаправленный преобразователь логического уровня.

Несмотря на то, что они имеют одинаковую форму и размер, этот двунаправленный преобразователь логического уровня не следует путать с более «однонаправленной» версией. Этот преобразователь может передавать данные от высокого к низкому и / или от низкого к высокому на по всем каналам . Он идеально подходит для переключения уровня между устройствами, которые используют общий провод данных, например I ² C или однопроводный интерфейс.

охвачено в этом уроке

В этом уроке мы подробно рассмотрим двунаправленный преобразователь логических уровней. Мы рассмотрим схему и макет платы — объясняя, что делает каждый вывод на плате. В конце мы рассмотрим несколько примеров подключения, чтобы показать, как можно подключить плату к различным интерфейсам.

Рекомендуемое чтение

Если вы не знакомы со следующими концепциями, мы рекомендуем ознакомиться с этими руководствами, прежде чем продолжить.

Как использовать макет

Добро пожаловать в удивительный мир макетов. Здесь мы узнаем, что такое макет и как его использовать для создания самой первой схемы.

Что такое Arduino?

Что это за штука «Arduino»? Этот урок посвящен тому, что такое Arduino, а также проектам и виджетам Arduino.

уровней логики

Узнайте разницу между 3.Устройства 3 В и 5 В и логические уровни.

Обзор платы

Если взглянуть на схему платы, вы обнаружите, что двунаправленный преобразователь логического уровня (сокращенно до BD-LLC) на самом деле очень простое устройство. В основном на плате есть одна схема сдвига уровня, которая повторяется четыре раза для создания четырех каналов сдвига уровня. Схема использует один N-канальный МОП-транзистор и пару подтягивающих резисторов для реализации двунаправленного сдвига уровня.

Двунаправленная схема сдвига уровня, используемая на всех четырех каналах BD-LLC.

Благодаря некоторой полупроводниковой магии, эта схема может сдвинуть сигнал низкого напряжения на высокий уровень и / или сдвинуть сигнал высокого напряжения на низкий уровень напряжения. Сигнал 0 В на одном конце остается сигналом 0 В на другом. Для полного анализа этой схемы, посмотрите эту превосходную инструкцию по применению Philips AN97055.

Распиновка

В BD-LLC всего 12 контактов — два параллельных ряда по шесть заголовков.Одна строка содержит все входы и выходы высокого напряжения (например, 5 В), а другая строка содержит все низкое напряжение (например, 3,3 В).

Булавки помечены как на нижней, так и на верхней сторонах платы и организованы в группы. Давайте посмотрим ближе на некоторые группы выводов:

входов напряжения

Контакты с маркировкой HV , LV и два GND обеспечивают высокое и низкое значения опорных напряжений для платы.Подача постоянного регулируемого напряжения на оба этих входа составляет , требуется .

Напряжение, подаваемое на входы HV и GND , должно быть выше, чем напряжение, подаваемое на сторону LV . Например, если вы подключаете от 5 В до 3,3 В, напряжение на выводе HV должно быть 5 В, а напряжение на LV должно быть 3,3 В.

Каналы данных

В BD-LLC имеется четыре отдельных канала передачи данных, каждый из которых способен передавать данные в режимы высокого и низкого напряжения и обратно.Эти контакты имеют маркировку HV1 , LV1 , HV2 , LV2 , HV3 , LV3 , HV4 и LV4 . Число в конце каждой метки обозначает канал вывода, а префикс HV или LV определяет, находится ли он на верхней или нижней стороне канала.

Низковольтный сигнал, отправленный, например, на LV1 , будет сдвинут до более высокого напряжения и отправлен на HV1 .Нечто, отправленное в HV3 , будет сдвинуто вниз и отправлено из LV3 . Используйте столько каналов, сколько требует ваш проект. Вам не нужно использовать каждый из них.

Имейте в виду, что эти преобразователи уровня являются чисто цифровыми . Они не могут сопоставить аналоговое напряжение с одного максимального напряжения на другое.

Примеры подключения

Сборка

Прежде чем вы сможете подключить конвертер к вашей системе, вам нужно что-то спаять в него.Здесь много вариантов. Вы можете припаять прямые мужские коллекторы и вставить их прямо в макет. Или, может быть, вы хотите припаять провода прямо в него. Выберите метод сборки, который сочетается с тем, как вы собираетесь использовать плату.

Как только ваш BD-LLC будет припаян, пришло время подключить его. Вероятно, ваше подключение будет зависеть от того, какой интерфейс связи вы используете. Ниже мы покажем, как подключить преобразователь уровня для трех наиболее распространенных протоколов связи.

Использование BD-LLC для Serial

Несмотря на то, что вы не будете использовать преимущества двунаправленных способностей BD-LCC, совершенно нормально использовать плату для переключения последовательной связи. Для последовательного соединения обычно требуется два сигнальных провода — RX (прием) и TX (передача) — оба имеют определенное направление. Эти сигналы могут передаваться через любой из четырех каналов BD-LLC.

Допустим, например, что вы хотите подключить электрическую доску проклятия беса (которая имеет 3.Максимальное входное напряжение 6 В) к Arduino Uno через их UART. Вот один из возможных способов подключения:

Обратите внимание, что в этом примере Arduino и Electric имеют свои собственные источники питания.

Убедитесь, что LV питается от 3,3 В, а HV — от 5 В. Дважды проверьте, совпадают ли каналы, и вы переключитесь! У вас даже есть два дополнительных канала для переключения, как вам угодно.

Использование BD-LLC для SPI

Четыре канала BD-LLC идеально подходят для большинства коммуникаций SPI.SPI обычно требует четырех проводов: MOSI (ведущий, ведомый), MISO (ведущий, ведомый), SCLK (последовательный тактовый сигнал) и CS (выбор микросхемы). Эти четыре провода могут быть проложены через канал в BD-LLC.

Например, если вы хотите подключить Arduino к коммутационной плате ADXL345 с рабочим диапазоном 2,0-3,6 В, вот как BD-LLC может быть встроен в:

Поскольку каждый из каналов в BD-LLC является двунаправленным, любая из четырех линий SPI может проходить через любой из четырех каналов BD-LLC.

Использование BD-LLC для I ² C

I ² C — это стандарт связи, в котором BD-LLC действительно сияет, поскольку он требует, чтобы и данные, и тактовые сигналы — SDA и SCL — были двунаправленными. Каждую из этих линий можно пропустить через любой из каналов сдвига уровня BD-LLC.

В этом примере давайте продолжим использовать прорыв ADXL345, но вместо этого переключимся на интерфейс I ² C. Мы можем даже добавить другое устройство I ² C…. как насчет прорыва гироскопа L3G4200D. Поскольку I ² C является только двухпроводным интерфейсом, в BD-LLC есть место для размещения пары дополнительных сигналов, таких как выходы прерываний от каждой платы

Два устройства 3.3 В I ² C могут использовать одни и те же линии SDA и SCL со смещением уровня. Можно добавить еще устройство I ² C, если оно имеет уникальные адреса.

Ресурсы и дальнейшее развитие

Вот некоторые ресурсы, связанные с LLC и смещением уровня в целом:

Идем дальше

Если вы ищете место для использования LLC, эти учебники могут вызвать некоторые идеи:

• Использование Arduino Pro Mini 3.3 В — Если вы хотите придерживаться Arduino и хотите использовать датчики 3,3 В, рассмотрите возможность использования Arduino, работающего при 3,3 В. Таким образом, вам даже не нужно беспокоиться о LLC!

| Проекты самодельных цепей

В этом посте мы узнаем о двунаправленных выключателях MOSFET, которые можно использовать для управления нагрузкой в ​​двух точках в двух направлениях. Это просто делается путем подключения двух N-канальных или P-канальных MOSFET последовательно друг к другу с указанной линией напряжения.

Что такое двунаправленный выключатель

Двунаправленный выключатель питания (BPS) — это активное устройство, построенное с использованием MOSFET или IGBT, которое позволяет двунаправленный поток тока при включении питания и блокирует двунаправленный поток напряжения при выключении питания.

Поскольку он может работать в обоих направлениях, двунаправленный переключатель можно сравнивать и обозначать как обычный переключатель ВКЛ / ВЫКЛ, как показано ниже:

Здесь мы видим, что положительное напряжение прикладывается в точке «А» переключатель и отрицательный потенциал прикладывается в точке «B», что позволяет току течь через «A» к «B». Действие можно отменить, просто изменив полярность напряжения. Это означает, что точки «A» и «B» BPS могут использоваться как сменные входные / выходные клеммы.

Лучший пример применения BPS можно увидеть во всех коммерческих проектах SSR на базе MOSFET.

Характеристики

В силовой электронике характеристики двунаправленного переключателя (BPS) определяются как четырехквадрантный переключатель, способный проводить положительный или отрицательный ток во включенном состоянии, а также блокировать положительный или отрицательный ток в выключенном состоянии. -штат. Диаграмма ВКЛ / ВЫКЛ для четырех секторов для BPS показана ниже.

На приведенной выше диаграмме квадранты обозначены зеленым цветом, который указывает на состояние ВКЛ устройств независимо от полярности тока питания или формы сигнала.

На приведенной выше диаграмме красная прямая линия указывает на то, что устройства BPS находятся в выключенном состоянии и не обеспечивают абсолютно никакой проводимости, независимо от полярности напряжения или формы сигнала.

Основные характеристики BPS должен иметь

• Двунаправленное коммутационное устройство должно быть легко адаптируемым, чтобы обеспечить быструю и быструю передачу энергии с обеих сторон, от А до В и от В до А.
• При использовании в приложении постоянного тока, a BPS должен демонстрировать минимальное сопротивление состояния (Ron) для улучшенного регулирования напряжения нагрузки.
• Система BPS должна быть оснащена соответствующей защитной схемой, чтобы выдерживать внезапные скачки тока во время изменения полярности или при относительно высокой температуре окружающей среды.

Конструкция двунаправленного коммутатора

Двунаправленный коммутатор создается путем последовательного соединения MOSFET или IGBT, как показано на следующих рисунках.

Здесь мы можем наблюдать три основных метода, с помощью которых можно настроить двунаправленный коммутатор.

На первой диаграмме два МОП-транзистора с каналом P-типа сконфигурированы так, что их источники соединены друг с другом.

На второй диаграмме можно видеть два N-канальных МОП-транзистора, подключенных к своим источникам для реализации схемы BPS.

В третьей конфигурации два N-канальных МОП-транзистора показаны присоединенными стоком для стока для выполнения предполагаемой двунаправленной проводимости.

Основные функциональные детали

Давайте рассмотрим пример второй конфигурации, в которой MOSFET соединяются со своими источниками вплотную, давайте представим, что положительное напряжение подается от «A», а отрицательное к «B», как показано ниже :

В этом случае мы можем видеть, что при подаче напряжения на затвор току «А» разрешено течь через левый полевой МОП-транзистор, затем через внутренний смещенный вперед диод D2 правого полевого полевого МОП-транзистора, и, наконец, проводимость завершается при точка «Б».

Когда полярность напряжения меняется с «B» на «A», полевые МОП-транзисторы и их внутренние диоды меняют свое положение, как показано на следующем рисунке:

В описанной выше ситуации правый полевой МОП-транзистор BPS включается вместе с D1, который является внутренним диодом корпуса левого полевого МОП-транзистора, для обеспечения проводимости от «B» до «A».

Создание двунаправленных дискретных переключателей

Теперь давайте узнаем, как двунаправленный коммутатор может быть построен с использованием дискретных компонентов для предполагаемого приложения двусторонней коммутации.

На следующей диаграмме показана базовая реализация BPS с использованием МОП-транзисторов с P-каналом:

с использованием МОП-транзисторов с P-каналом

Когда точка «A» положительна, диод с левой стороны тела смещается вперед и проводит, а затем правая сторона p -MOSFET, чтобы завершить проведение в точке «B».

Когда точка «B» положительна, соответствующие компоненты противоположной стороны становятся активными для проводимости.

Нижний N-канальный МОП-транзистор управляет состояниями ВКЛ / ВЫКЛ устройства BPS с помощью соответствующих команд управления ВКЛ / ВЫКЛ.

Резистор и конденсатор защищают устройства BPS от возможного скачка пускового тока.

Тем не менее, использование P-канального MOSFET никогда не является идеальным способом реализации BPS из-за их высокого RDSon. Поэтому для этого могут потребоваться более крупные и дорогостоящие устройства для компенсации нагрева и других связанных с этим неэффективностей по сравнению с конструкцией BPS на основе N-канала.

Использование N-канальных MOSFETS

В следующем проекте мы видим идеальный способ реализации схемы BPS с использованием N-канальных MOSFET.

В этой схеме дискретного двунаправленного переключателя используются N-канальные МОП-транзисторы, подключенные друг к другу. Этот метод требует внешней схемы возбуждения для облегчения двухсторонней передачи энергии от А к В и наоборот.

Диоды Шоттки BA159 используются для мультиплексирования источников питания от A и B, чтобы активировать цепь подкачки заряда, чтобы подзарядка подкачки могла генерировать необходимое количество напряжения включения для N-канальных МОП-транзисторов.

Зарядный насос может быть построен с использованием стандартной цепи удвоения напряжения или небольшой переключающей схемы повышения напряжения.

3,3 В используется для оптимального питания зарядного насоса, в то время как диоды Шоттки получают напряжение затвора непосредственно от соответствующего входа (A / B), даже если входное питание составляет всего 6 В. Затем эти 6 В удваиваются по зарядке UMP для ворот MOSFET.

Нижний N-канальный МОП-транзистор предназначен для управления включением / выключением двунаправленного переключателя в соответствии с заданными характеристиками.

Единственный недостаток использования N-канального MOSFET по сравнению с ранее обсужденным P-каналом — это дополнительные компоненты, которые могут занимать дополнительное место на печатной плате.Однако этот недостаток перевешивается из-за низкого R (on) MOSFET и высокоэффективной проводимости, а также недорогих малогабаритных MOSFET.

Тем не менее, эта конструкция также не обеспечивает какой-либо эффективной защиты от перегрева, и поэтому устройства большой мощности могут быть рассмотрены для приложений большой мощности.

Заключение

Двунаправленный коммутатор может быть довольно легко построен с использованием пары MOSFET, подключенных друг к другу. Эти переключатели могут быть реализованы для многих различных приложений, которые требуют двунаправленного переключения нагрузки, например, от источника переменного тока.

Список литературы:

TPS2595xx, 2,7 В до 18 В, 4-А, 34 мОм eFuse с инструкцией по защите от быстрого перенапряжения

TPS2595xx Инструмент для расчета расчета

устройства E-fuse

О Swagatam

I am инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и учебными пособиями.
Если у вас есть запрос, связанный со схемой, вы можете взаимодействовать через комментарии, я буду очень рад помочь!

с использованием MOSFET

Еще в эпоху ENIAC компьютеры были более аналоговыми по своей природе и использовали очень мало цифровых ИС. Сегодня средний компьютер Джо работает с несколькими уровнями напряжения, люди, которые видели SMPS процессора, заметили бы, что для работы вашего компьютера требуется ± 12 В, + 5 В и + 3,3 В. Эти уровни напряжения очень важны для компьютера; конкретное напряжение определяет состояние сигнала (высокий или низкий). Это высокое состояние принимается компьютером как двоичный 1, а низкое — как двоичный 0.В зависимости от условий 0 и 1 компьютер выдает данные, коды и инструкции для обеспечения требуемого вывода.

Современные уровни логического напряжения в значительной степени варьируются от 1,8 В до 5 В. Стандартные логические напряжения: 5 В, 3,3 В, 1,8 В и т. Д. Но как система или контроллер, работающий с 5 В логическим уровнем (пример Arduino), взаимодействует с другой системой, которая работает с 3,3 В (пример ESP8266) или любым другим напряжением? уровень? Этот сценарий часто встречается во многих конструкциях, где используются несколько микроконтроллеров или датчиков, и решение здесь заключается в использовании преобразователя логического уровня или преобразователя логического уровня .В этой статье мы узнаем больше о преобразователях логического уровня, а также создадим простую схему двунаправленного преобразователя логического уровня с использованием MOSFET , которая пригодится для ваших схем.

Входное напряжение высокого и низкого уровня

Однако со стороны микропроцессора или микроконтроллера значение логического уровня напряжения не является фиксированным; с этим есть некоторая терпимость. Например, допустимое значение Logic High (логика 1) для микроконтроллеров логического уровня 5 В составляет минимум 2.0 В ( Минимальное входное напряжение высокого уровня ) до максимального значения 5,1 В ( Максимальное входное напряжение высокого уровня ). Аналогично, для логического низкого уровня (логический 0) допустимое значение напряжения составляет от 0 В ( минимальное входное напряжение низкого уровня ) до максимального значения 8 В ( максимальное входное напряжение низкого уровня ).

Выше приведен пример для микроконтроллеров с логическим уровнем 5 В, но также доступны микроконтроллеры с логическим уровнем 3,3 В и 1,8 В. В микроконтроллерах такого типа диапазон напряжения логического уровня будет варьироваться.Вы можете получить соответствующую информацию из таблицы данных конкретного контроллера IC. При использовании преобразователя уровня напряжения необходимо следить за тем, чтобы значение высокого и низкого напряжения находилось в пределах этих параметров.

Двунаправленный преобразователь логического уровня

В зависимости от применения и технической конструкции, доступны два типа преобразователей уровня , однонаправленный преобразователь логического уровня и двунаправленный преобразователь логического уровня .В однонаправленных преобразователях уровня входные контакты выделены для одной области напряжения, а выходные выводы выделены для другой области напряжения, но это не относится к двунаправленным преобразователям уровня, которые могут преобразовывать логические сигналы в обоих направлениях . Для двунаправленных преобразователей уровня каждая область напряжения не только имеет входные контакты, но также имеет выходной контакт. Например, если вы предоставите 5,5 В на входной стороне, он преобразует его в 3,3 В на выходной стороне, аналогично, если вы предоставите 3.3 В на выходной стороне, он преобразует его в 5 В на входной стороне.

В этом уроке мы создадим простой двунаправленный преобразователь уровня и протестируем его на с высоким и низким преобразованием и с низким в высокое преобразование .

Простой двунаправленный преобразователь логического уровня

Простая схема двунаправленного логического преобразователя показана на рисунке ниже.

Схема использует n-канальный MOSFET для преобразования логического уровня низкого напряжения в логический уровень высокого напряжения.Простой преобразователь логического уровня также может быть построен с использованием резистивных делителей напряжения, но это приведет к потере напряжения. MOSFET или транзисторные логические преобразователи уровня являются профессиональными, надежными и безопасными для интеграции.

Схема также использует два дополнительных компонента, R1 и R2. Это подтягивающие резисторы. Из-за наименьшего количества деталей это экономичное решение. В зависимости от вышеупомянутой схемы будет построен простой двунаправленный логический преобразователь с напряжением от 3,3 до 5 В.

Преобразователь уровня от 5 до 3,3 В с помощью MOSFET

Двунаправленный преобразователь логического уровня от 5 В до 3,3 В Схема показана на изображении ниже —

Как видите, мы должны подавать постоянное напряжение 5 В и 3,3 В на резисторы R1 и R2. Контакты Low_side_Logic_Input и High_Side_Logic_Input могут взаимозаменяемо использоваться в качестве входных и выходных контактов.

Компоненты, используемые в вышеупомянутой схеме —

R1 — 4.7k

R2 — 4.7k

Q1 — BS170 (N-канальный MOSFET).

Оба резистора допускаются на 1%. Резисторы с допуском 5% также подойдут. Распиновки BS170 MOSFET можно увидеть на изображении ниже, в порядке Слив, Ворота и Источник .

Конструкция схемы состоит из двух подтягивающих резисторов 4.7к каждый. Слив и вывод источника МОП-транзистора поднимаются до желаемого уровня напряжения (в данном случае 5 В и 3,3 В) для преобразования логики с низкого на высокое или с высокого на низкое. Вы также можете использовать любое значение от 1k до 10k для R1 и R2, поскольку они действуют только как подтягивающие резисторы.

Для идеального рабочего состояния при построении схемы необходимо соблюдать два условия. Первое условие состоит в том, что логическое напряжение низкого уровня (в данном случае 3,3 В) должно быть подключено к источнику MOSFET, а логическое напряжение высокого уровня (в данном случае 5 В) должно быть подключено к выводу стока МОП-транзистора.Второе условие: затвор полевого МОП-транзистора должен быть подключен к источнику низкого напряжения (в данном случае 3,3 В).

Моделирование двунаправленного логического преобразователя уровня

Полную работу схемы логического переключателя уровней можно понять, используя результаты моделирования. Как вы можете видеть на приведенном ниже изображении GIF, во время преобразования логики с высокого уровня в низкий уровень вход логического вывода смещается между 5 В и 0 В (земля), и логический выход получается как 3.3 В и 0 В.

Точно так же во время преобразования низкого уровня в высокий уровень вход логики между 3,3 В и 0 В преобразуется в логический выход 5 В и 0 В, как показано на рисунке GIF ниже.

Схема преобразователя логического уровня работает

После выполнения этих двух условий схема работает в трех состояниях. Состояния описаны ниже.

1. Когда нижняя сторона находится в логической 1 или в высоком состоянии (3.3V).
2. Когда нижняя сторона находится в логическом 0 или в низком состоянии (0 В).
3. Когда верхняя сторона меняет состояние с 1 на 0 или с высокого на низкое (от 5 В до 0 В)

Когда сторона низкого уровня высокая, это означает, что напряжение источника MOSFET равно 3,3 В, MOSFET не проводит, так как пороговая точка Vgs MOSFET не достигнута. В этот момент затвор полевого МОП-транзистора составляет 3,3 В, а источник полевого МОП-транзистора также составляет 3,3 В. Следовательно, Vgs 0V. МОП-транзистор выключен. Логическое состояние 1 или высокое состояние входа низкой стороны отражается на стороне стока МОП-транзистора как выход 5 В через подтягивающий резистор R2.

В этой ситуации, если нижняя сторона MOSFET меняет свое состояние с высокого на низкое, MOSFET начинает работать. Источник в логике 0, следовательно, верхняя сторона также стала 0.

Эти два условия успешно преобразуют логическое состояние низкого напряжения в логическое состояние высокого напряжения.

Другое рабочее состояние, когда верхняя сторона MOSFET меняет свое состояние с высокого на низкое. Это время когда диодная подложка стока начинает проводить.Низкая сторона MOSFET опускается до низкого уровня напряжения, пока Vgs не пересечет пороговую точку. Линия шины секции низкого и высокого напряжения стала низкой при одинаковом уровне напряжения.

Скорость переключения преобразователя

Другим важным параметром, который следует учитывать при разработке преобразователя логического уровня, является скорость перехода. Поскольку большинство логических преобразователей будет использоваться между коммуникационными шинами, такими как USART, I2C и т. Д., Важно, чтобы логический преобразователь переключался достаточно быстро (скорость перехода), чтобы соответствовать скорости передачи данных линий связи.

Скорость перехода такая же, как и скорость переключения MOSFET. Следовательно, в нашем случае в соответствии с таблицей BS170 время включения MOSFET и время выключения MOSFET указаны ниже. Поэтому важно, чтобы выбрал правильный MOSFET для вашей конструкции преобразователя логического уровня .

Итак, нашему MOSFET требуется 10 нс для включения и 10 нс для выключения, то есть он может включаться и выключаться 10 000 000 раз в секунду.Если предположить, что наша линия связи работает со скоростью (скорость передачи) 115200 бит в секунду, то это означает, что она отключается и отключается только на 1,15,200 в секунду. Таким образом, мы можем очень хорошо использовать наше устройство для высокоскоростной связи.

Тестирование вашего логического преобразователя

Для проверки цепи необходимы следующие компоненты и инструменты —

1. Блок питания с двумя разными выходными напряжениями.
2. Два мультиметра.
3. Два тактильных переключателя.
4. Несколько проводов для подключения.

Схема модифицирована для проверки схемы.

На приведенной выше схеме представлены два дополнительных тактильных переключателя. Также для проверки логического перехода подключен мультиметр. Нажав SW1 , нижняя сторона MOSFET меняет свое состояние с высокого на низкое, и преобразователь логического уровня работает как преобразователь логического уровня низкого напряжения в высокое.

С другой стороны, , нажав SW2 , верхняя сторона MOSFET меняет свое состояние с высокого на низкое, и преобразователь логического уровня работает как преобразователь логического уровня высокого напряжения в низкое напряжение.

Схема построена на макете и протестирована.

На рисунке выше показано логическое состояние по обеим сторонам MOSFET. Оба находятся в состоянии логики 1.

Полное рабочее видео можно увидеть в видео ниже.

Ограничения логического преобразователя уровня

Схема, безусловно, имеет некоторые ограничения.Ограничения сильно зависят от выбора MOSFET . Максимальное напряжение и ток стока могут использоваться в этой цепи в зависимости от спецификации MOSFET. Также минимальное логическое напряжение составляет 1,8 В. Логическое напряжение ниже 1,8 В не будет работать должным образом из-за ограничения Vgs MOSFET. Для напряжения ниже 1,8 В могут использоваться специальные преобразователи логического уровня.

Важность и приложения

Как обсуждалось во вводной части, несовместимый уровень напряжения в цифровой электронике является проблемой для сопряжения и передачи данных.Следовательно, для преодоления ошибок, связанных с уровнем напряжения в схеме, требуется преобразователь уровня или переключатель уровня.

В связи с наличием широкого спектра схем логического уровня на рынке электроники, а также для различных микроконтроллеров уровня напряжения, логический преобразователь уровня имеет невероятный пример использования. Некоторым периферийным устройствам и устаревшим устройствам, работающим на базе I2C , UART или аудиокодека , необходимы преобразователи уровня для связи с микроконтроллером.

Популярные ИС логического преобразователя уровня

Многие производители предоставляют интегрированные решения для преобразования логического уровня. Одна из популярных микросхем — MAX232 . Это один из наиболее распространенных преобразователей логического уровня IC, который преобразует логическое напряжение микроконтроллера от 5 до 12 В. Порт RS232 используется для связи между компьютерами с микроконтроллером и требует +/- 12В. Мы уже использовали MAX232 с PIC и несколько других микроконтроллеров ранее для взаимодействия микроконтроллера с компьютером.

Существуют также различные требования в зависимости от очень низкого уровня преобразования напряжения, скорости преобразования, площади, стоимости и т. Д.

SN74AX также является популярной серией двунаправленных преобразователей уровня напряжения от Texas Instruments . В этом сегменте много микросхем, которые предлагают переход от шины питания от одного бита к 4-битному наряду с дополнительными функциями.

Другой популярный двунаправленный преобразователь логического уровня — это MAX3394E от Maxim Integrated .Он использует ту же топологию преобразования с использованием MOSFET. Схема контактов показана на рисунке ниже. Преобразователь поддерживает отдельный вывод включения, которым можно управлять с помощью микроконтроллеров, что является дополнительной функцией.

Приведенная выше внутренняя конструкция демонстрирует ту же топологию MOSFET , но с конфигурацией P-канала. Он имеет множество дополнительных функций, таких как защита от электростатического разряда 15 кВ на линиях ввода / вывода и VCC. Типичная схема видна на рисунке ниже.

Приведенная выше схема показывает схему, которая преобразует логический уровень 1,8 В в логический уровень 3,3 В и наоборот. Системный контроллер, которым может быть любой микроконтроллер, также управляет контактом EN.

Итак, это все о двунаправленной схеме преобразования логического уровня и работает.