使用N-MOS实现的双向电平转换器在I²C总线系统中的应用

"AN97055 - Philips Semiconductors的应用笔记，介绍了一种使用单个N-MOS场效应晶体管实现的双向电平转换器，用于连接具有不同电源电压（如5伏和3.3伏）的I²C总线系统。该电平转换器还可隔离低功耗设备的总线部分，使I²C总线的有电部分能正常工作，适用于其他总线系统或点对点连接的电平转换和/或隔离。" 在电子设计中，尤其是在多电压域系统中，电平转换是至关重要的。I²C（Inter-Integrated Circuit）总线是一种常见的两线式串行通信接口，用于连接微控制器和其他设备。当I²C总线上的设备由不同电源电压供电时，例如一个设备运行在5V，另一个运行在3.3V，需要电平转换器确保信号在不同电压等级之间正确传输，同时防止损坏低电压设备。 本应用笔记"Bi-directional level shifter for I²C-bus and other systems"（AN97055）提出了一种基于N-MOS场效应晶体管的双向电平转换器设计方案。N-MOSFET（N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管）在这里被用作开关元件，因为它可以在低电压下有效地控制电流流动。其工作原理是利用N-MOSFET的栅极-源极电压（Vgs）来控制漏极-源极导通状态。当Vgs高于阈值电压时，N-MOSFET导通，允许电流通过；反之，当Vgs低于阈值电压时，N-MOSFET截止，阻止电流流动。 在双向电平转换器中，两个N-MOSFET通常以互补方式配置，一个用于从高电压到低电压的转换，另一个用于从低电压到高电压的转换。通过这种方式，数据可以在两个电压域之间双向流动，同时保持信号的完整性。此外，这种设计还能够隔离总线的一部分，例如当某些设备处于低功耗模式或关闭状态时，避免它们对总线的干扰。 电平转换器的使用不仅限于I²C总线，还可以应用于其他总线系统或点对点连接，比如SPI、UART等。它提供了一种高效且经济的方法来解决不同电源电压设备之间的通信问题，特别是在现代电子产品中，低电压组件的广泛使用使得电平转换成为系统设计的关键组成部分。 AN97055文档详细介绍了如何使用单个N-MOSFET实现双向电平转换器，这对于需要兼容不同电源电压的I²C总线和其他通信系统的设计师来说是一个非常实用的资源。该技术不仅可以确保数据的准确传输，还可以增强系统的灵活性和可靠性。