转：3.3V和5V电平双向转换——NMOS管

分简单，仅由3个电阻加一个MOS管构成，电路图如下：

此电路来自于飞利浦的一篇设计指导文档，是I2C总线官方推荐使用的电平转换电路。在实际使用过程中，需要尤其注意NMOS管的选型以及上拉电阻阻值的选取。由于该电路基于上拉电阻，NMOS管的电容特性可能会导致波形劣化。为了保证输出的上升速度，使得输出波形维持较好的形状以保证数据正确，通常选择Qg较小的NMOS管。

上图中，SDA1/SCL1，SDA2/SCL2为I2C的两个信号端，VDD1和VDD2为这两个信号的高电平电压。电路应用限制条件为：

1，VDD1 ≤ VDD2；

2，SDA1/SCL1的低电平门限大于0.7V左右（视NMOS内的二极管压降而定）；

3，Vgs ≤ VDD1；

4，Vds ≤ VDD2 。

电路分析如下：

1、没有器件下拉总线线路。
        3.3V部分的总线线路通过上拉电阻Rp上拉至3.3V。 NMOS管的栅极和源极都是3.3V， 所以它的Vgs 低于阀值电压，NMOS管不导通。这就允许5V部分的总线线路通过它的上拉电阻Rp上拉到5V。此时两部分的总线线路都是高电平，只是电压电平不同。

2 、一个3.3V 器件下拉总线线路到低电平。
        NMOS管的源极也变成低电平，而栅极是3.3V，Vgs上升高于阀值，NMOS 管开始导通。然后5V部分的总线线路通过导通的NMOS管被3.3V 器件下拉到低电平。此时，两部分的总线线路都是低电平，而且电压电平相同。

3、一个5V 的器件下拉总线线路到低电平。
        NMOS管的漏极基底二极管导通，源极电压为基底二极管导通0.7V，3.3V部分被下拉直到Vgs 超过阀值，NMOS管开始导通。3.3V部分的总线线路通过导通的NMOS管被5V 的器件进一步下拉到低电平。此时，两部分的总线线路都是低电平，而且电压电平相同。

优点：
1、适用于低频信号电平转换，价格低廉。
2、导通后，压降比三极管小。
3、正反向双向导通，相当于机械开关。
4、电压型驱动，当然也需要一定的驱动电流，而且有的应用也许比三极管大。

从此看的出几个关键点：
1、MOS管一定要选内嵌DS反向二极管的，没有就要外加低导通压降的管子。
2、高端侧拉低的低电平一定要够低，因为电平转换电路已经有了上拉电阻，就 不要在重复增加上拉电阻了。尤其是对于存在若下拉状态的接口。
3、线路串联电阻不要随意放，很简单串联分压，串联电阻后，主控端拉低后，接收端的电平会不够低，尤其这种状态出在3.3V一侧你就Game over了

4、通常选择Qg较小的NMOS管。

3.3向5V转换测试：

对这个电路测试了下，MOS管采用的是2N7002小信号NMOS，输入电容很小的，大概几十pF。下面是电路及实物

　　

115KHz波形，这个是频率是常用串口较高的波特率

分析：5V电路上升沿缓是因为依靠上拉电阻上升至5V，时间常数决定，上拉电阻越小上升时间越小；5V电路下降沿陡是因为NMOS导通，直接由3.3V电路驱动低电平。

400KHz，高速IIC通信的时钟频率

1MHz，波形上升太慢了

4MHz，已经不能输出5V的电平了

分析：5V电路还没来得及上升至5V就被拉下来了。

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作者：硬件菜鸟备忘录
来源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/impossible1224/article/details/80618703