利用N-MOS管进行电平转换-I2C应用

两个设备在不同电压工作时，出来的信号电平也不一样，若两个设备需要通信，那么信号之间就得进行电平转换，电平转换一般都采取：

1、电平转换芯片，如SN74AVC1T45等系列。

2、可以用N-MOS管搭建，MOS价格比专用的电平转换芯片便宜，应用也比较广泛。如下图是一个5V~3.3V之间的I2C电平转换电路， SCL 是单向，主机发送的； SDA是双向，主机和设备都要驱动，用N-MOS管的工作原理：

只能是MCU 驱动SCL：

当I2C_SCL = 1(MCU_VCC) 时，Q1的Vgs=0V，小于MOS管的开启电压， Q1 截止，ADC_SCL = 1(VREF)；

当I2C_SCL = 0时， Q1的Vgs = MCU_VCC 大于MOS管的开启电压，Q1 导通，ADC_SCL = 0。

 

MCU 驱动SDA时：

当I2C_SDA = 1（MCU_VCC）， Q2的Vgs=0V，小于MOS管的开启电压Q2 截止，ADC_SDA = 1 (VREF)；

当I2C_SDA = 0， Q2的Vgs = MCU_VCC 大于MOS管的开启电压，Q2导通，ADC_SCL = 0

 

Slave 驱动SDA时：

当ADC_SDA = 1（VREF），此时主机端要释放I2C1_SCL，通过外部的电阻默认被拉高，Q2的Vgs = 0， Q2 截止，Q2内部的二极管处于反向截止，故I2C_SDA = 1（MUC_VCC）

当ADC_SDA = 0，此时主机端要释放I2C1_SCL，通过外部的电阻默认被拉高，此时Q2的Vgs = 0， Q2 截止，但是Q2内部的二极管处于正向偏置，

S极电位被二极管钳位到低电平（0.7V~1.2V），导致Vgs = MCU_VCC - 内部二极管的导通电压 = (3.3-0.76)>0.45V或(3.3-1.2) >0.45V ，Vgs还是大于MOS的开启电压，进一步促进I2C1_SDA = 0

 

接下来看下MOS的参数。这里选用的UT2302 NMOS管，开启电压Vgs = 0.45V，开启电压是非常低的了，为什么选一个这么低的开启电压呢？

答案是：

（1）、开启电压越低，NMOS管从关闭到导通的时间就越快，能及时的响应，这样I2C速率也能更好的满足。

（2）、开启电压越低，能适配更多的电平之间的转换，比如5~2.8V，5~1.8V，3.3~1.8V等。要关注内部二极管导通压降，大部分都是0.7V左右。

巧妙记法：

（1）、当两边都是高电平时（I2C不工作时也就是空闲时，SCL和SDA默认都是高电平），一定要将MOS管内部的二极管处于反向偏置，让二极管处于截止状态，所以D极接高电压端，S极接低电压端

（2）、NOMS管导通与否都是看Vgs电压，所以G极也接低压端。