I2C电平转换电路_双向电平转换电路工作原理

全栈程序员-用户IM • 2022年8月10日上午8:36 • 未分类

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本文分享下I2C双向电平转换电路的设计原理，以及需要注意的事项。

在I2C主从设备对接时，需要考虑主从设备的电平情况，常规的主要有3种：5V，3.3V，1.8V。如果电平相同，比如都是3.3V，那么可以直接对接。如果电平不同，一个高电平是3.3V ，另外一个是1.8V，那么就需要接入其它的器件来做一下电平转换，通常是接入NMOS管。

I2C电平转换电路_双向电平转换电路工作原理

如上图，此图来源于I2C官方协议，协议标准文件里面已对此作了一些说明。扫描下方二维码，回复“I2C”，可以获取I2C协议的英文版源文件和中文版本。

下面解释下这个电平是如何双向工作的，即不论是低压那边还是高压那边主动发生电平变化，都是可以正常通信的。

工作原理：
—当总线上没有数据发送时，两边都没有主动去拉低总线，因此MOS管也不导通，都因为各自的上拉电阻存在，左边为高电平3.3V，右边为高电平5V。
—当左边需要发送数据1到右边时，即SDA1/SCL1为高电平3.3V，MOS管的Vgs=0，不导通，右边因为上拉电阻的存在，SDA2/SCL2电平保持为5V。即可看作左边正常将数据1发送到右边。
—当左边需要发送数据0到右边时，即SDA1/SCL1为低电平0V，Vgs=3.3V，MOS管导通，右边电压就跟左边电平一样了，SDA2/SCL2为低电平0V。即可看作左边正常将数据0发送到右边。
—当右边需要发送数据1到左边时，即SDA2/SCL2为高电平5V，左边SDA1/SCL1因为没有主动拉低总线，所以MOS管不导通，左边保持上拉电平3.3V。即可看作右边将数据1正常发送到左边。
—当右边需要发送数据0到左边时 ，即SDA2/SCL2为低电平0V时，因为MOS管体二极管的存在，体二极管导通，MOS管的S极被拉低，Vgs接近3.3V，MOS管导通，进一步导致左边和右边电平一样，为0V。即可看作右边正常将数据0发送到左边。

由上可知，不论I2C的主设备（Master）接在上面电路的左边（低压电源）还是右边（高压电压），都是能够正常通信的。

以上是电路的工作说明，实际应用中，有以下两点需要注意：
注意事项：
–MOS管的接入方法—MOS管的S极要接到低电源那边，不能接反。
–MOS管的选型—MOS管的导通电压需要注意。MOS管导通电压门限（Vgsth里面的最大值）需要小于低电源电压。

I2C电平转换电路_双向电平转换电路工作原理

如上图是2N7002K的MOS管，1V<Vgs<2.5V。如果5V和3.3V之间的互转，那么可以用这个管子。但如果是3.3V和1.8V之间的互转，那么是不能用的。因为导通门限电压是1-2.5V，因为可能会用到导通电压大于1.8V的器件，那么MOS管就可能永远无法导通了。这个需要特别注意，因为一旦没注意选用了，可能就是有的板子功能OK，有的板子NG。