Иногда надо сопрягать логические уровни схем с 5ти и 3.3в питанием. В сети можно найти например такие схемы на одном транзисторе двунаправленной схемы сдвига уровней:
- Level-shifter 2N7000.jpg (11.87 KiB) Viewed 58614 times
Эта схема хоть и является корректной, но не позволяет понять принципа работы такого типа преобразователей уровня. Схема берет свое начало из патента Philips, схемное решение которого так же описанов [1]
- i2c-level-shifter.png (5.51 KiB) Viewed 58614 times
А вот и практическая реализация:
- i2c-level-shift-bss138.png (2.88 KiB) Viewed 58614 times
Для понимая принципа работы этой схемы важно учесть что у MOSFET есть защитные диоды. В исходном состоянии потенциалы на выходах - слева 3.3в, справа 5в. При подаче на левый вход 0го уровня транзистор открывается и на правом выходе так же лог.0. При подаче лог.0 на правый вход транзистор закрыт, но левый вход оказывается закорочен на землю через защитный диод, и соответственно, его потенциал будет равен падению напряжения на диоде, т.е. равен лог.0
Требования к транзисторам простые - он должен содержать защитный диод и у него должно пороговое напряжение быть меньше чем 1.7в(=5в-3.3в). Что будет если взять транзистор с другим пороговым? Схема не будет работать до тех пор пока не будет увеличено смещение на затворе транзистора [2].
Аналогичную двунаправленную схему можно сделать и на биполярных транзисторах [3,4]
- i2c-levelshifter-small.png (19.19 KiB) Viewed 58613 times
На aliexpress можно купить уже собранные платки с 4х канальной схемой сдвига уровней на BSS138. Вот такие:
- ali - 4 chanel shifter.jpg (171.86 KiB) Viewed 58614 times
- ali - 4 chanel shifter 2.jpg (117.05 KiB) Viewed 58614 times
Если вам потребуется схема посерьезнее то имеет смысл посмотреть на платы использующие спец.IC трансляции уровней TXS0108E
- TXS0108E-8-channel-level-shifter.jpg (285.59 KiB) Viewed 58613 times
Литература
1.
Philips AN97055 "Bi-directional level shifter for I²C-bus and other systems."
2.
Is my MOSFET-based bidirectional level shifter insane?
3.
Two transistor circuit replaces IC, Jim Hagerman, Hagerman Technology LLC
4.
Two Transistors Form Bidirectional Level Translator, Jim Hagerman, Nokia Mobile Phones