经验分享|使用MOS管做电平转换的避坑指南

在设计电路时,很多工程师会用到MOS管做电平转换,以实现不同电压域之间的器件通讯。此设计的优点是:器件少、价格便宜、电路易理解,但在应用过程中可能会遇到无法通讯的情况。今天就MOS管选型引起无法通讯的问题做一个简短的分析。
 
 
 
MOS管电平转换的应用电路如图1

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方案一
 
 
MOS管选用AO3400MCU_CLK端口设置开漏模式+10K的上拉电阻,使用示波器抓取通讯波形,将通讯波形展开可以看到,在1V-2V之间会有震荡现象(考虑到示波器探头电容影响实际震荡要大于1V-2V的范围)如图2:
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是否可以通过添加阻容滤波来过滤掉震荡?我们在RTC_CLK处分别加了200R+100pF200R+1nF进行测试(如图3)。

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可以看到在加入200R+100pF阻容滤波后,震荡的幅值有减小,200R+1nF阻容滤波震荡的波形下移。

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方案二
 
 
MOS管选用AO3400MCU_CLK端口设置推挽测试波形如图5,在0.5V处仍然有台阶波动。

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方案三
 
 
MOS管选用AO4300SI2302MCU_CLK端口设置推挽,使用示波器抓取通讯波形,将通讯波形展如图6。可以看到SI2302波动幅度很小。

图6
 
 
 
 
测试总结
 
 
 
 
1、在使用电平转换电路时需设置MCU_CLK端口电平为推挽模式,MCU_SDA写数据时设置推挽,读数据时设置开漏。
2、如需使用电平转换方式,增加RC滤波电路可以在一定程度上减小波动幅度。
3、选用MOS的米勒平台要远离高低电平的识别点,即使有震荡也不会干扰到数据的准确性。如果在高低电平的识别附近震荡,可能会误认为有多个脉冲,导致通讯与程序设置不符。
注:测试电路为飞线方式,可能引入干扰较多,如果使用PCB板测试,效果可能比飞线要好一些。若使用以上MOS电平转换电路应用在IIC总线上,在米勒平台处产生电压震荡,CLK可能会识别成多个CLK信号,导致没有ACK输出。下图截取了不同型号的MOS米勒平台的参考值。在该测试实验中,SI2302的电平转换产生的震荡最小。
 
 
 
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2024年8月19日 14:48