使用multisim软件的电平转换电路仿真设计

电平转换在串口通讯中非常常用，电路设计很多时候就像在搭积木，这个电路模块，加上那个电路模块，拼拼凑凑连起来就是一个电子产品了。而各电路模块间经常会出现电压域不一致的情况，所以模块间的通讯就要使用电平转换电路了，用MOS管实现的TTL电平转换电路，实现3.3V电压域与5V电压域间的双向通讯。本次分享主要使用multisim仿真软件对基于MOS管的电平转换电路进行了仿真设计。

如下图所示，用XFG1和XFG2函数发生器产生方波代替通讯时的电平变化，控制开关S1A和S2A可以控制5V端和3.3V端分别产生方波脉冲从而模拟串口通讯时不同电平端的电平变化情况，利用XSC1双路示波器分别检测5V电平端和3.3V电平端的电平变化情况。

multisim仿真截图

运行软件，分别打开5V端函数发生器或者3.3V端函数发生器都可得到如下波形，从波形可知此电路实现了双向电平转换的功能。

仿真波形图

经过分析可知此电路的主要原理如下：

1、当XFG1函数发生器输出高电平时(3.3V端串口输出高电平)：MOS管的Vgs = 0，MOS管截止，5V电平端被电阻R3上拉到5V。

2、当XFG1函数发生器输出低电平时(3.3V端串口输出低电平)：MOS管源极电压为0V，MOS管的Vgs = 3.3V，大于导通电压，MOS管导通，5V电平端通过MOS管被拉到低电平。

3、当XFG2函数发生器输出高电平时(5V端串口输出高电平)：MOS管Q1的Vgs=0不变，MOS维持关闭状态，3.3V电平端被电阻R2上拉到3.3V。

4、当S2A函数发生器输出低电平时(5V端串口输出低电平)：MOS管不导通，但是它有体二极管，MOS管里的体二极管把3.3V电平端拉低到低电平，此时Vgs约等于3.3V，MOS管导通，进一步拉低了3.3V电平端的电压。

注意：低电平指等于或接近0V，高电平指等于或接近电源电压。所以3.3V电压域的器件，其高电平为等于或接近3.3V；5V电压域的器件，其高电平为等于或接近5V。具体要求看芯片的数据手册是怎么说明这个限定范围的，常见的比如说0.3倍的“芯片供电电压”以下为低电平，0.7倍的“芯片供电电压”以上为高电平。也就是说“芯片供电电压”为5V的时候，5 x 0.3 = 1.5V 以下为低电平，5 x 0.7 = 3.5V 以上为高电平，如下图所示：