双向电平转换电路——AiP2206

简介

在新一代电子电路设计中, 随着低电压逻辑的引入, 系统内部常常出现输入-输出逻辑不协调的问题, 从而提高了系统设计的复杂性。例如, 当1.8V的数字电路与工作在3.3V的模拟电路进行通信时，需要首先解决两种电平的转换问题, 这时就需要电平转换电路。

几种电平转换方式的优劣势

1、使用晶体管转换电平

如下图，使用2个NPN三极管，将输入信号电平VL和转换为输出电平VH，使用2个三极管的目的是将输入和输出信号同相，如果可以接受反相，使用一个三极管也可以。

优势：

1) 价格：三极管比较常见并且容易采购，价格低廉。

2) 驱动能力强：驱动能力取决于三极管，可以做到数十mA。

劣势：

1) 速度：两级三极管属于电流驱动型，加上电路和寄生电容，转换后的波形不是十分理想。一般只能用于100K以内的信号转换。

2) 器件多：同相转换需要2个三极管以及配套的电阻，只能单向转换。

3) 漏电流高：输出漏电流会过大。

2、使用电阻分压转换电平

如下图，主机接受信号时，R2和R3构成分压。

优势：

1) 成本：每路信号仅需要两个电阻，成本低;

2) 容易实现：电阻采购容易，占用面积小。

劣势：

1) 速度：分压法为了降低功耗，使用KΩ级别以上的电阻，加上电路和器件的分布和寄生电容，因此能够达到的通讯速率较低，一般只能应用于100KHz以内的通讯速率。

2) 驱动能力：由于使用了大阻值的电阻，因此通讯端的驱动电流能力变弱，不适合需要高驱动能力的场合。

3)方向：电阻分压只能降低电平，不能升高电平。

3、使用电阻限流转换电平

部分硬件工程师有时会通过使用电阻进行限流的方式，实现两个不同电平之间的转换。具体的现实原理就是利用芯片的输入电流不超过某个值，例如74HC系列的芯片的输入电流值不能超过20mA，则认为是安全的;如果是5V转3.3V，只要电阻大于(5-3.3V)/20mA=85Ω，则认为是安全的。因为芯片内部是可以等效一个负载电阻RL，与R1构成分压的关系。

优势：

1) 成本：只需要一个电阻即可。

劣势：

1) 难以实现，不仅需要十分熟悉芯片内部的构成，而且还要考虑限流后的电压范围。

2)只能从高电平转低电平。

4、使用二极管钳位转换电平

如下图是5V转3.3V，输入是高电平时，3.3Vout=3.3V+Vd≈4V，当5V电平输入为低电平时，3.3Vout=0V。

优势：

1) 漏电流小：二极管的漏电流非常小(uA级)

2) 容易实现：二极管、电阻采购容易，占用面积小。

劣势：

1) 电平误差大：主要是二极管的正向压降较大，容易超出芯片的工作电压范围。

2) 速度和驱动能力不理想：由于电阻限流，驱动速度和能力均不理想，只能应用在100K以内的频率。

AiP2206双向电平转换电路

除上述方法外，还可以通过专用电路实现电平转换，例如无锡中微爱芯的AiP2206双向电平转换电路。它的优势明显：漏电流低、速率高、驱动能力强，并且支持双向转换。其具体介绍如下：

产品特点

兼容标准模式、快速模式及快速模式Plus I2C总线和SMBus

小于1.5ns的最大传输延迟，适应标准模式和快速模式I2C总线器件和多个主控制器

允许电平转换如：

1.0V⇋1.8V、2.5V、3.3V、5V

1.2V⇋1.8V、2.5V、3.3V、5V

1.8V⇋3.3V、5V

2.5V⇋5V

3.3V⇋5V

无需控制电平转换方向

输入输出引脚间3.5欧姆的低导通电阻，提供更小的信号失真。

开漏I2C总线I/O端口(SCL1，SDA1，SCL2和SDA2)

I2C总线的I/O口具有5V耐压值，支持混合模式信号操作

EN为低电平时，SCL1、SDA1、SCL2和SDA2端口为高阻抗状态

自由锁定

功能框图

引脚排列图

典型应用图

开关总使能

开关使能控制

总结

AiP2206可以高速、有效、便捷地解决系统间电平不匹配问题，因此可以广泛应用于各种控制信号复杂的系统中。更多详情信息，欢迎咨询。

审核编辑：汤梓红