I2C总线中逻辑电平转换的实现与操作

本文主要介绍了如何在I2C总线系统中连接逻辑电平不同的器件，特别是使用GJB 2077a-2007短波自适应通信系统自动线路建立规程来解决这个问题。 在电子设计中，不同电压级别的逻辑器件之间的通信是一个常见问题。I2C（Inter-Integrated Circuit）总线是一种广泛使用的同步串行接口，它允许不同设备以低速率共享数据。然而，当这些设备的工作电压不同，如3.3V和5V，直接连接可能会导致损坏或不正确的信号传输。为了解决这个问题，可以使用双向电平转换器。 18.1 连接逻辑电平不同的器件 文中提到，最简单的方法是通过上拉电阻将不同电压的器件连接到相同的总线，但这种方法可能导致低电压器件承受高于其额定电压的信号，增加了制造成本。更好的解决方案是使用双向电平转换器，如图45所示，该转换器允许在3.3V和5V电源电压之间进行安全的信号转换。 电平转换器通常由一对N通道增强型MOSFET组成，例如TR1和TR2，分别用于串行数据线SDA和串行时钟线SCL。MOSFET的门极连接到较高的电源电压（VDD2=5V），源极连接到低电压部分的总线，而漏极连接到高电压部分的总线。如果MOSFET的基底与源极没有内部连接，需要额外建立一个外部连接。每个MOSFET的漏极和基底间还有一个集成的n-p结二极管。 18.1.1 电平转换器的操作 电平转换器有三种操作状态： 1. 当没有器件下拉总线，低电压部分的总线通过上拉电阻拉至3.3V，MOSFET不导通，高电压部分的总线通过其上拉电阻拉到5V，形成电压不同的高电平。 2. 当3.3V器件将总线拉低，MOSFET导通，使高电压部分的总线也被拉低，保持相同逻辑电平。 3. 5V器件下拉总线时，MOSFET因基底二极管的作用导通，使得低电压部分的总线也被拉低，维持相同逻辑电平。 这种设计确保了逻辑电平在总线系统的两个方向上都能正确传输，并符合I2C总线规范，实现了线与的功能。 I2C总线规范是一个不断演进的标准，从1992年的1.0版本到2000年的2.1版本，提供了一种简单、高效的多设备通信方式，适用于设计人员和厂商。规范涵盖了位传输、数据有效性、传输数据格式、仲裁、寻址方式、电气规范和时序等重要方面，确保了不同电压等级的设备能在同一总线上有效地通信。 连接逻辑电平不同的器件主要依赖于电平转换器的设计，它利用MOSFET和二极管实现电平匹配和双向传输。I2C总线规范提供了这种转换的理论基础和操作指导，确保了不同电压设备间的可靠通信。