基于MOSFET搭建简易的电平转换电路

在电子产品中，不同芯片的供电电压不同，导致某些芯片之间的通信信号电平不同，无法直接相互连接。例如高通8155的IO是1.8V电压域，而瑞萨RH850的IO端口是3.3V电压域。它们之间的SPI、I2C等通信信号之间需要添加电平转换电路。

例如TI的SN74LVC1T45-Q1就是一颗车规级别的双向电平转换芯片。使用时需要注意两边端口电压是否与期望设计匹配。同时还要考虑信号速度。这颗SN74LVC1T45在1.8V电平时，只能支持到75Mbps。如果是将其用在BT655或者USB2.0的传输中，是不合适的。

除了专用的电平转换芯片，也可以通过MOSFET搭建简易的电平转换电路，在I2C、UART等低速通信信号中还是蛮实用的。

下图是用2N7002搭建的电平转换电路。Device1是1.8V设备，Device2是3.3V设备。

注：下图是2N7002的电路示意图，它内部有体二极管。因为LTspice中没有带体二极管的元件符号，因此在仿真电路中未体现出此体二极管，但是电路运行时此体二极管是起作用的。

首先看Device1向Device2发送H信号或者L信号。仿真电路如下：

V3是信号源，R3是负载。

当数据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1.8V，右边为高电平3.3V。

当左边需要发送数据H到右边时，即Va为高电平1.8V，MOS管的Vgs=0，不导通，同时MOS管内部的体二极管截止。右边因为上拉电阻的存在，Vb电平保持为3.3V。即可看作左边将数据H发送到右边。

当左边需要发送数据L到右边时，即Va为低电平0V，Vgs=1.8V，MOS管导通，同时MOS管内部的体二极管仍旧截止。右边电压就跟左边电平一样了，即Vb为低电平0V。即可看作左边将数据L发送到右边。

其次看Device2向Device1发送H信号或者L信号。仿真电路如下：

V6是信号源，R6是负载。

当右边需要发送数据H到左边时，即Vd为高电平3.3V，左边Vgs≈1.8V，所以MOS管不导通，同时MOS管内部的体二极管截止。左边保持上拉电平1.8V。即可看作右边将数据H正常发送到左边。

当右边需要发送数据L到左边时 ，即Vd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1.8V，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L发送到左边。

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。

如下图是2N7002K的spec。1V