使用MOS管搭建双向电平转换电路设计
最近在设计中碰到一个简单，但是稍不注意就出错的问题，在此分享一下。
在电路开发过程中，我们经常遇到两个系统电平不一致的情况，比如iic通信。使用mos管搭建双向电平转换电路，是比较常见的做法，电路如图1中虚线框所示，mos管的部分参数如图2所示。
图1
图2
电路原理很简单，分两种情况：
1. 从a到b
a为高电平时，mos管关断，b端通过上拉，输出高电平;
a为低电平时，mos管内的体二极管导通，使mos管的s极被拉低，从而使vgs=3.3v>vgs(th)=1.6v，mos管导通，b端被拉低，输出低电平;
a为高阻态时，mos管关断，b端通过上拉，输出高电平。
2. 从b到a
b为高电平时，mos管关断，a端通过上拉，输出高电平;
b为低电平时，vgs=3.3v>vgs(th)=1.6v，mos管导通，a端被拉低，输出低电平;
b为高阻态时，mos管关断，a端通过上拉，输出高电平。
一直以来使用这个电路没有出现过问题，所以这次也是不假思索的照搬过来，但结果是上电后，模块b无法正常启动工作。
出现该问题的原因也很简单，就是模块b的通信引脚除了通信之外，还有其他作用，如图1所示， 其在上电时需要通过下拉10k电阻r3到gnd实现低电平，并维持一段时间，以确保模块b能正常启动。 但如果直接使用该转换电路，示波器测量到的模块b引脚电平，在上电瞬间的波形如图3所示，可以看到幅值在2.3v左右，已经达到了模块b的高电平标准，因此，模块b启动失败，之后该引脚一直输出为低电平。
图3
分析下工作过程， 上电瞬间，b点电压是3.3v通过r2和r3分压后得到 ，理论值等于2.2v，与实测波形接近。在该电路中，信号流是从b到a单向传输的，因此想到可以去掉电阻r2，那样b点在上电瞬间就不会有上拉电压，但是实际去掉r2后，模块b依旧无法启动。进一步分析，在上电瞬间b点电压确实为0，但是也因此导致vgs=3.3v，mos管导通，r3又和上拉电阻r1形成了分压关系，导致b点无法拉到低电平。
因此，如果想要继续使用该电平转换电路的话，必须加大上拉电阻r1和r2的值，使分压后的b点电位达到低电平标准，但是上拉电阻改的太大的话，a端高电平可能会有问题，所以最终选择使用两个三极管组成的电平转换电路，如图4所示，问题解决。
图4
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图1
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1. 从a到b
a为高电平时，mos管关断，b端通过上拉，输出高电平;
a为低电平时，mos管内的体二极管导通，使mos管的s极被拉低，从而使vgs=3.3v>vgs(th)=1.6v，mos管导通，b端被拉低，输出低电平;
a为高阻态时，mos管关断，b端通过上拉，输出高电平。
2. 从b到a
b为高电平时，mos管关断，a端通过上拉，输出高电平;
b为低电平时，vgs=3.3v>vgs(th)=1.6v，mos管导通，a端被拉低，输出低电平;
b为高阻态时，mos管关断，a端通过上拉，输出高电平。
一直以来使用这个电路没有出现过问题，所以这次也是不假思索的照搬过来，但结果是上电后，模块b无法正常启动工作。
出现该问题的原因也很简单，就是模块b的通信引脚除了通信之外，还有其他作用，如图1所示， 其在上电时需要通过下拉10k电阻r3到gnd实现低电平，并维持一段时间，以确保模块b能正常启动。 但如果直接使用该转换电路，示波器测量到的模块b引脚电平，在上电瞬间的波形如图3所示，可以看到幅值在2.3v左右，已经达到了模块b的高电平标准，因此，模块b启动失败，之后该引脚一直输出为低电平。
图3
分析下工作过程， 上电瞬间，b点电压是3.3v通过r2和r3分压后得到 ，理论值等于2.2v，与实测波形接近。在该电路中，信号流是从b到a单向传输的，因此想到可以去掉电阻r2，那样b点在上电瞬间就不会有上拉电压，但是实际去掉r2后，模块b依旧无法启动。进一步分析，在上电瞬间b点电压确实为0，但是也因此导致vgs=3.3v，mos管导通，r3又和上拉电阻r1形成了分压关系，导致b点无法拉到低电平。
因此，如果想要继续使用该电平转换电路的话，必须加大上拉电阻r1和r2的值，使分压后的b点电位达到低电平标准，但是上拉电阻改的太大的话，a端高电平可能会有问题，所以最终选择使用两个三极管组成的电平转换电路，如图4所示，问题解决。
图4
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