MOS管電平轉換電路中的問題分析-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2021-11-01
在電路開發過程中，我們經常遇到兩個系統電平不一致的情況，比如IIC通信。
使用MOS管搭建雙向電平轉換電路，是比較常見的做法，電路如圖1中虛線框所示，MOS管的部分參數如圖2所示。
電路原理很簡單，分兩種情況：
1. 從A到B
A為高電平時，MOS管關斷，B端通過上拉，輸出高電平；
A為低電平時，MOS管內的體二極管導通，使MOS管的S極被拉低，從而使Vgs=3.3V>Vgs(th)=1.6V，MOS管導通，B端被拉低，輸出低電平；
A為高阻態時，MOS管關斷，B端通過上拉，輸出高電平。
2. 從B到A
B為高電平時，MOS管關斷，A端通過上拉，輸出高電平；
B為低電平時，Vgs=3.3V>Vgs(th)=1.6V，MOS管導通，A端被拉低，輸出低電平；
B為高阻態時，MOS管關斷，A端通過上拉，輸出高電平。
一直以來使用這個電路沒有出現過問題，但結果是上電后，模塊B無法正常啟動工作。
出現該問題的原因也很簡單，就是模塊B的通信引腳除了通信之外，還有其他作用，如圖1所示，其在上電時需要通過下拉10K電阻R3到GND實現低電平，并維持一段時間，以確保模塊B能正常啟動。
但如果直接使用該轉換電路，示波器測量到的模塊B引腳電平，在上電瞬間的波形如圖3所示，可以看到幅值在2.3V左右，已經達到了模塊B的高電平標準，因此，模塊B啟動失敗，之后該引腳一直輸出為低電平。
分析一下工作過程，上電瞬間，B點電壓是3.3V通過R2和R3分壓后得到，理論值等于2.2V，與實測波形接近。
在該電路中，信號流是從B到A單向傳輸的，因此想到可以去掉電阻R2，那樣B點在上電瞬間就不會有上拉電壓，但是實際去掉R2后，模塊B依舊無法啟動。
進一步分析，在上電瞬間B點電壓確實為0，但是也因此導致Vgs=3.3V，MOS管導通，R3又和上拉電阻R1形成了分壓關系，導致B點無法拉到低電平。
因此，如果想要繼續使用該電平轉換電路的話，必須加大上拉電阻R1和R2的值，使分壓后的B點電位達到低電平標準，但是上拉電阻改的太大的話，A端高電平可能會有問題，所以最終選擇使用兩個三極管組成的電平轉換電路，如圖4所示，問題解決。
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