电路小班到了，今天我们要谈谈 电平转换电路。

那么什么是电平转换呢？为什么需要电平转换？

简单地说，在我们设计的电路中，不同芯片的引脚使用不同的电压，如常见的1.8V、3.3V、5V等等，当两个不同的电压芯片引脚之间通信时，我们需要使两侧的电平满足自己的需要，并能够正常通信，这被称为电平转换。

由于不同电压芯片之间的通信存在电平不匹配的问题，如果通信两端的压差过大，芯片引脚也可能损坏，因此需要进行电平转换。

一般来说，我们主要考虑信号传输的速度和方向。

根据博主的实际项目经验，总结了一些常用的电平转换电路。

其实我自己也不常用二极管电平转换电路，只是以前测试过:

使用此电路时，应注意转换方向，高压端和低压端不能转换。

当输入端 3.3V_IN 低电平时，D导通，输出端 1.8V_OUT 为低电平，两端为低电平。

当输入端 3.3V_IN 高电平时，D截止日期，输出端 被 R1 上拉至 1.8V ，为高电平，两端为高电平。

?? 因为实际产品没有用过，所以不容易评价 = =！。

三极管实现电平转换，有点像二极管，需要注意方向。

第一种电路如下：

这个例子是博主用的4G模块与 STM32 通信中使用的电路。

上图中三极管基区上部电压 VDD_EXT 以上图为例，给出基区电压。 VDD_MCU 或者 VDD_EXT 都可以。
但以下电路三极管基区的电压必须是 VDD_EXT 。

当输入端为 低电平 0V三极管导通，输出端 与输入端导通，输出端拉低至接近0V，两端均为低电平。

当输入端为 高电平时，三极管截止， 输出端 依靠上拉电阻(上图中的电阻) R17、R19)，变成高电平，实现两端高电平。

三极管电平转换电路的第二种方式：

本例为博主使用的信号采集电路，外部信号最高电压为1.8V，为了保证STM32可以稳定接收，将外部信号转换为稳定的高低电平。

当输入 S_IN 三极管通常用于低电 Q关闭，三极管 Q2 基极为高电平，导致 Q2 导通，输出端 S_OUT被拉低，两端都是低电平。

当输入 S_IN 为高电平 (VDD_EXT) 时，三极管 Q1 导通，三极管Q关闭，输出端 S_OUT 被 R4 拉高到 VDD_MCU，两端均为高电平。

?? 三极管电平转换电路便宜实用，但只能单向转换。
而且不适用于波特率过高的应用(大概大于 400Kbps 不推荐)。

说到二极管，三极管，最后还有MOS管，不得不说MOS目前应用广泛，以下电平转换是博主最常用的，MOS管道双向电平转换电路：

我们用上图简单分一下电路:

从左向右看

当 S1A 为高电平 (VCC_S1) 时候，MOS管 VGS = 0， NM1 不导通，S2A 处电平被 R11 上拉为高电平(VCC_S2)，S2A也是高电平。两端都是高电平。
当 S1A 为低电平 时候，MOS管 VGS = VCC_S1， NM1 导通，S2A 的电平与 S1A等，低电平。两端都是低电平。

从右向左看

这里解释一下泄漏输出，因为有上拉电阻，所以正常情况下没有外部影响，S1A 和 S2A 默认情况下平。

当 S2A 为高电平 (VCC_S2) 时候：

假设左侧 S1A 高电平(因为是泄漏输出，所以左侧一般是 R10 上拉至高电平 (VCC_S1)除非线上有低电平拉低，这里我们还是分两种情况讨论)，MOS管 VGS = 0， NM1 不导通，左侧还是被子R10 上拉至高电平 (VCC_S1)。两端均为高电平。
假设左侧 S1A 为低电平（正常不会发生，原因就是开漏输出），MOS管 VGS = VCC_S1， NM1 导通，S2A 高电平会导致 S1A 电压升高，等等 S1A 上升到 VCC_S1 的时候，NM1 截止日期，两端都变成了高电平(除非开始 S1A 由于低电平的外部因素一直存在，不要过多讨论外部问题)。

当 S2A 为低电平时候：

正常情况下左侧 S1A 为高电平(VCC_S1)，MOS管 VGS = 0， NM1 但是因为 MOS 管道寄生二极管，会把 S1A 下拉至低电平(这个低电平不是0)V，是比 S2A 高二极管压降，如 0.7V），那么VGS =（VCC_S1 - 0.7V），使得 NM导通，导通后，那么 S1A 和 S1B 两端基本相等，电平低。

如果 S1A 从低电平开始(正常不会发生)，MOS管 VGS = VCC_S1， NM1 导通，S2A 的电平与 S1A等，低电平。两端都是低电平。

?? 最经典的电平转换电路，双向电平转换。 I2C通讯。
不能用于推挽输出IO口，MOS注意管道的选型 VGS(th)(开启电压) 小于通信两端所需的电源电压。

电平转换芯片在我的一般项目中使用不多，一般项目应用以上MOS管电路已经可以满足需求。但是在一些高速通讯的场合，就需要用到专用的电平转换芯片。
芯片种类繁多，如单向电平转换、带方向控制的双向电平转换、自动双向电平转换等。一般来说，芯片是用来选择自动双向电平转换芯片的，然后芯片手册中会详细给出一些参数，比如 TI 的 TXS0108EPWR：

用法也比较简单:

?? 成本相对较高，但速度快，双向，可自动检测方向，适用于高速和低速场合。
电平转换芯片是对成本不敏感的最稳定可靠的方法。

本文总结了单片机系统中常用的电平转换电路，并对其进行了应用合也给出了例子。

总的来说，本文还是比较简单！当然，博主的电路小课堂就是要把我们平时常用的一些电路做好总结分析，以便于自己和小伙伴们能够在需要的时候找到自己合适的电路。

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