經典MOS管電平轉換電路，硬體工程師居家旅行、看門護院的必備良藥！
原創 梁銳 晶片之家 3月13日
來自專輯
經典電路分析
作者：LR梁銳，排版整理：曉宇
微信公衆号：晶片之家（ID：chiphome-dy）
本文作者LR梁銳定居廣州，是一位電子電路愛好者，有着非常豐富的硬體設計經驗，歡迎大家進群勾搭閑聊
電平轉換在電路設計中非常常見，因為做電路設計很多時候就像在搭積木，這個電路子產品，加上那個電路子產品，拼拼湊湊連起來就是一個電子産品了。而各電路子產品間經常會出現電壓域不一緻的情況，是以子產品間的通訊就要使用電平轉換電路了。
上圖是用MOS管實作的I2C總線電平轉換電路，實作3.3V電壓域與5V電壓域間的雙向通訊。挂在總線上的有3.3V的器件，也有5V的器件，通過這個電路，大家就可以愉快地玩耍聊天了。
實物對照圖如下。實物的上拉電阻用了4.7K歐姆，可以提供更大的電流驅動能力。在滿足電路性能的前提下，我喜歡用阻值更大的電阻，因為功耗更低更省電。
原理分析
簡化來看，留下I2C的一根線來分析就可以了，如下圖。
分四種情況：
1、當SDA1輸出高電平時：MOS管Q1的Vgs = 0，MOS管關閉，SDA2被電阻R3上拉到5V。
2、當SDA1輸出低電平時：MOS管Q1的Vgs = 3.3V，大于導通電壓，MOS管導通，SDA2通過MOS管被拉到低電平。
3、當SDA2輸出高電平時：MOS管Q1的Vgs不變，MOS維持關閉狀态，SDA1被電阻R2上拉到3.3V。
4、當SDA2輸出低電平時：MOS管不導通，但是它有體二極管！MOS管裡的體二極管把SDA1拉低到低電平，此時Vgs約等于3.3V，MOS管導通，進一步拉低了SDA1的電壓。
注：
低電平指等于或接近0V。
高電平指等于或接近電源電壓。是以3.3V電壓域的器件，其高電平為等于或接近3.3V；5V電壓域的器件，其高電平為等于或接近5V。
具體要求看晶片的資料手冊是怎麼說明這個限定範圍的，常見的比如說0.3倍的“晶片供電電壓”以下為低電平，0.7倍的“晶片供電電壓”以上為高電平。也就是說“晶片供電電壓”為5V的時候，5 x 0.3 = 1.5V 以下為低電平，5 x 0.7 = 3.5V 以上為高電平。
某一個晶片資料手冊裡關于高低電平的門檻值範圍說明
注意事項
以上是3.3V與5V之間的情況，如果換用其他電壓域之間的轉換，如3.3V、2.5V、1.8V等電壓值的兩兩之間，需要注意MOS管的Vgs開啟導通電壓。
給MOS管過高的Vgs會導緻MOS管燒壞！給過低的Vgs會導緻MOS管打不開！不同型号的MOS管這個參數值還不一樣！！！
舉例：其中一個廠家生産的2N7002的資料手冊，Vgs不能超過正負20V
再來看一下，設計電路時Vgs可能設計過小的情況，下圖是2N7002的資料手冊：
舉例：其中一個廠家生産的2N7002的資料手冊，Vgs的開啟電壓為1V
實際使用時為保證完全開啟、完全導通，設計上要多預留餘量，比如實際電路中Vgs起碼給到1.8V。因為1.8V的設計參數接近資料手冊标注的1V臨界值，尤其注意用實驗驗證，確定萬無一失。
總結
3.3V跟5V互轉的電路已經是一個經典電路，實在是硬體設計師居家旅行、護院看家，必備良藥！MOS管型号就記住用2N7002，這個型号便宜，性能久經考驗，不像有些MOS管外型看起來跟2N7002一樣，但實際是大功率的，有部分性能規格浪費了，有部分性能規格又不一定能滿足需要，主要是還賊貴，具體其他MOS是怎樣的這裡就不細究啦。
。。。