40.在UART通訊中實現5.5V與3V電平轉換的五種方案

轉換接頭怎麼使用

系統中，當兩個不同供電電壓的微控制器之間需要通訊，或者微控制器與不同電壓的外圍晶片進行通訊時，不可避免地要進行電平轉換，否則會出現通訊不成功，甚至電壓超過微控制器耐受值而損壞的情況。下面介紹五種主流的電平轉換方案。

1。電阻分壓方案

如上圖所示，左側為3。3V系統，右側為5V系統，當5V電平客戶端向左側傳送資料時透過兩個電阻分壓，左側接收端電壓約為5V*2K/（1K+2K）≈3。3V，如此實現電平匹配。

因為只使用了電阻，所以這種方案的優點是成本極低，方便佈局，缺點也很明顯，一方面功耗比較大，另一方面驅動能力不強且速度上也不能太快，

一般只能應用於100K以內的頻率。

2。電平轉換晶片方案

使用專用的電平轉換晶片，只需給晶片兩側提供不同的電壓，電平轉換由晶片內部完成，如

74xHC系列和74xHCT系列晶片，可實現七路3。3V與5V電平相互轉換。

直接使用晶片進行電平轉換，其優勢是驅動能力強（CMOS輸出工藝），漏電流小，適合多路電平轉換，速率高，缺點是成本高。

3。二極體方案

利用二極體的壓降來

鉗位也可以實現電平轉換，如上圖所示，當右側5V微控制器TXD發出高電平時，D2截止，左側RXD透過上拉電阻接收高電平為3。3V；當右側微控制器TXD為低電平時，由於二極體的鉗位作用，左側RXD約為0。3V，預設為低電平。應用此電路需要D2壓降特別小（＜0。5V），一般使用肖特基，否則左右電平無法預設保持一致。

二極體方案的優勢是漏電流小，成本低，缺點是二極體壓降要求高，驅動能力和傳輸速率不太高。

4。三極體方案

上圖電路使用兩個NPN三極體，可將輸入訊號3。3V電平轉換為5V輸出電平，並且訊號保持同步。電路描述：TX為低時，Q3不通、Q4導通，RX接地也為低；TX為高時，Q3導通，Q4不通，RX上拉為5V。如此二者高低同步，且電平實現轉換。

此電路優勢是成本低，驅動能力強，電路應用較為成熟廣泛。缺點是透過三極體轉換波形有延遲，所以速率不能太快（波特率不超過230400）。多路轉換時物料較多，需要較大的佈局空間。

5。MOS管方案

上圖是一個用MOS管來實現的IIC通訊中5V和3。3V電平轉換的經典電路，電路描述：當SDA1為高時，MOS管ＧＳ間無壓降所以不通，SDA1與SDA2均為高電平，但電壓各自獨立；當SDA1為低時，MOS管導通，SDA1與SDA2均為低電平。SCL邏輯分析類似SDA。

這種方案適用於低頻訊號電平轉換，價格低廉，壓降比三極體小，速度一般在400K以下。