五种主流的电平转换方案分享
嵌入式系统中，当两个不同供电电压的单片机之间需要通讯，或者单片机与不同电压的外围芯片进行通讯时，不可避免地要进行电平转换，否则会出现通讯不成功，甚至电压超过单片机耐受值而损坏的情况。 下面介绍五种主流的电平转换方案。
1.电阻分压方案
如上图所示，左侧为3.3v系统，右侧为5v系统，当5v电平客户端向左侧发送数据时通过两个电阻分压，左侧接收端电压约为5v*2k/（1k+2k）≈3.3v，如此实现电平匹配。 因为只使用了电阻，所以这种方案的优点是成本极低，方便布局，缺点也很明显，一方面功耗比较大，另一方面驱动能力不强且速度上也不能太快，一般只能应用于100k以内的频率。
2.电平转换芯片方案
使用专用的电平转换芯片，只需给芯片两侧提供不同的电压，电平转换由芯片内部完成，如74xhc系列和74xhct系列芯片，可实现七路3.3v与5v电平相互转换。
直接使用芯片进行电平转换，其优势是驱动能力强（cmos输出工艺），漏电流小，适合多路电平转换，速率高，缺点是成本高。
3.二极管方案
利用二极管的压降来钳位也可以实现电平转换，如上图所示，当右侧5v单片机txd发出高电平时，d2截止，左侧rxd通过上拉电阻接收高电平为3.3v；当右侧单片机txd为低电平时，由于二极管的钳位作用，左侧rxd约为0.3v，默认为低电平。应用此电路需要d2压降特别小（＜0.5v），一般使用肖特基，否则左右电平无法默认保持一致。
二极管方案的优势是漏电流小，成本低，缺点是二极管压降要求高，驱动能力和传输速率不太高。
4.三极管方案
上图电路使用两个npn三极管，可将输入信号3.3v电平转换为5v输出电平，并且信号保持同步。电路描述：tx为低时，q3不通、q4导通，rx接地也为低；tx为高时，q3导通，q4不通，rx上拉为5v。如此二者高低同步，且电平实现转换。 此电路优势是成本低，驱动能力强，电路应用较为成熟广泛。缺点是通过三极管转换波形有延迟，所以速率不能太快（波特率不超过230400）。多路转换时物料较多，需要较大的布局空间。
5.mos管方案
上图是一个用mos管来实现的iic通讯中5v和3.3v电平转换的经典电路，电路描述：当sda1为高时，mos管ｇｓ间无压降所以不通，sda1与sda2均为高电平，但电压各自独立；当sda1为低时，mos管导通，sda1与sda2均为低电平。scl逻辑分析类似sda。 这种方案适用于低频信号电平转换，价格低廉，压降比三极管小，速度一般在400k以下。
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2.电平转换芯片方案
使用专用的电平转换芯片，只需给芯片两侧提供不同的电压，电平转换由芯片内部完成，如74xhc系列和74xhct系列芯片，可实现七路3.3v与5v电平相互转换。
直接使用芯片进行电平转换，其优势是驱动能力强（cmos输出工艺），漏电流小，适合多路电平转换，速率高，缺点是成本高。
3.二极管方案
利用二极管的压降来钳位也可以实现电平转换，如上图所示，当右侧5v单片机txd发出高电平时，d2截止，左侧rxd通过上拉电阻接收高电平为3.3v；当右侧单片机txd为低电平时，由于二极管的钳位作用，左侧rxd约为0.3v，默认为低电平。应用此电路需要d2压降特别小（＜0.5v），一般使用肖特基，否则左右电平无法默认保持一致。
二极管方案的优势是漏电流小，成本低，缺点是二极管压降要求高，驱动能力和传输速率不太高。
4.三极管方案
上图电路使用两个npn三极管，可将输入信号3.3v电平转换为5v输出电平，并且信号保持同步。电路描述：tx为低时，q3不通、q4导通，rx接地也为低；tx为高时，q3导通，q4不通，rx上拉为5v。如此二者高低同步，且电平实现转换。 此电路优势是成本低，驱动能力强，电路应用较为成熟广泛。缺点是通过三极管转换波形有延迟，所以速率不能太快（波特率不超过230400）。多路转换时物料较多，需要较大的布局空间。
5.mos管方案
上图是一个用mos管来实现的iic通讯中5v和3.3v电平转换的经典电路，电路描述：当sda1为高时，mos管ｇｓ间无压降所以不通，sda1与sda2均为高电平，但电压各自独立；当sda1为低时，mos管导通，sda1与sda2均为低电平。scl逻辑分析类似sda。 这种方案适用于低频信号电平转换，价格低廉，压降比三极管小，速度一般在400k以下。
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