Popis
4-kanálový konvertor logickej úrovne Modul obojsmerného radenia 3,3V-5V
4-cestný 3,3V / 5V obojsmerný modul na konverziu úrovne
Súčasťou vývojovej dosky a vybavenia MCU je 3,3V práca, ale aj vývojová doska mikrokontroléra a vybavenie, senzory atď. je 5,0V napájanie, takže keď dvaja potrebujú komunikovať, dochádza k nezrovnalostiam pracovného napätia, takže že používateľom Up nepohodlné. Tento produkt je navrhnutý tak, aby vyriešil tento problém a vyriešil tento problém. Tento modul poskytuje možnosť premostenia v 3,3V a 5,0V rôznych zariadeniach.
Aplikácia produktu:
Komunikácia 1,5V jednočipového mikropočítača a sériového portu.
2,3,3 V sériový port na stiahnutie a 5V sériová komunikácia mikrokontroléra.
Sériová komunikácia 3,5V MCU a 3,3V aplikačného modulu.
Vlastnosti produktu:
-dodáva sa s napätím 3,3 V, s indikátorom napájania Príkon s ochranou proti spätnému chodu a nemôže poskytnúť viac ako 150 mA prúdu.
-aby sa dosiahla priama sériová komunikácia na úrovni 5V a 3,3V.
-maximálna stabilná komunikačná prenosová rýchlosť 28800bps.
-môže dosiahnuť UART, IIC, 1-wire, SPI a ďalšie zbernicové signály na úrovni 3V-5V obojsmernej konverzie.
kompatibilita:
(1) Systémový napájací zdroj AVCC 5V (2) Systém ASCL 5V SCL
(3) ASDA pripojený 5V systém SDA (4) AGND potom 5V systém GND
(5) BVCC, potom 3V systémové napájanie (6) BSCL, potom 3V systémové SCL
(7) BSDA pripojený 3V systém SDA (8) BGND potom 3V systém GND
Poznámka:
-ak je vysokotlaková oblasť a oblasť nízkeho napätia energie bola celkom tento modul G stačí vziať uzemnenie.
-konverzný modul je ekvivalentný priamej línii, každý port zodpovedá jednej ku jednej, ale napätie nie je rovnaké ako na oboch stranách,
Tým sa realizuje komunikácia medzi rôznymi úrovňami.
-modul nemôže byť použitý ako regulátor alebo funkcia transformátora môže byť použitá iba pre IO port
Úroveň medzi komunikáciou malého prúdu.
-modul pin-pin žiadne zváranie, ale tam sú zodpovedajúce.
Ako funguje obojsmerný konvertor logickej úrovne? Logický prepínač úrovne
V tomto návode sa pokúsme porozumieť potrebe prevodníka logických úrovní, rôznym spôsobom posúvania logických úrovní a nakoniec tomu, ako funguje obojsmerný prevodník logických úrovní. Toto je veľmi dôležité, ak chcete pripojiť 5V zariadenia ako Arduino k 3,3V zariadeniam ako ESP8266 alebo Nokia 5110 LCD.
Čo je logická úroveň?
Logická úroveň signálu je napätie alebo stav, v ktorom môže existovať. Vo svete digitálnej elektroniky môžu mať vstupy a výstupy iba dve napäťové úrovne alebo stavy, ktoré sa zvyčajne označujú ako logická 1 a logická 0, alebo ZAPNUTÉ a VYPNUTÉ alebo PRAVDA a NEPRAVDA alebo VYSOKÁ a NÍZKA.
V závislosti od typu Logic Family sa napätia pre tieto logické úrovne líšia. Ak si urobíme výlet po pamäťovej línii, potom si môžeme spomenúť na niektoré logické rodiny ako:
- RTL (odpor – tranzistorová logika)
- ECL (Emitter – Coupled Logic)
- DTL (dióda – tranzistorová logika)
- TTL (tranzistor – tranzistorová logika)
- PMOS (logika MOS typu P)
- NMOS (logika MOS typu N)
- CMOS (doplnková logika MOS)
Každá logická skupina je definovaná svojimi vlastnými logickými úrovňami napätia zodpovedajúcimi logickým vysokým a logickým nízkym a ich prahom pre vstup aj výstup. Zamerajme sa na dve dôležité logické rodiny v histórii polovodičov: TTL a CMOS.
Nasledujúce obrázky zobrazujú prahové hodnoty vstupného a výstupného napätia pre logické rodiny 5V TTL, 5V CMOS a 3,3V TTL.
Na obrázku vyššie sú niektoré symboly ako V IL , V IH , V OL atď. Nasledujúca tabuľka uvádza význam týchto symbolov.
| V IL | Nízke vstupné napätie | Maximálne napätie zo zeme, ktoré sa považuje za logický NÍZKY vstup. |
| V IX | Vstupné napätie vysoké | Minimálne napätie od V CC, ktoré sa považuje za logický HIGH vstup. |
| V OL | Nízke výstupné napätie | Maximálne napätie zo zeme, ktoré sa považuje za logický LOW výstup. |
| V OH | Vysoké výstupné napätie | Minimálne napätie od V CC, ktoré sa považuje za logický HIGH výstup. |
Prečo potrebujeme posunúť logické úrovne?
Pre porovnanie si vyberme 5V TTL, 5V CMOS a 3,3V CMOS logické rodiny (keďže CMOS sa stal dominantnou technológiou v moderných VLSI a TTL je populárny v skorších „74“ sériách IC).
Čo ak chceme prepojiť 5V zariadenie s 3,3V zariadením alebo naopak? Ak sa pozorne pozriete na vyššie uvedený obrázok s prahovými napätiami, potom môžete problém pochopiť.
Napríklad, ak chcete pripojiť 3,3 V CMOS zariadenie s 5 V TTL zariadením, potom by nemal byť žiadny problém, pretože logický HIGH výstup 3,3 V CMOS zariadenia je medzi 2,4 V a 3,3 V a logický HIGH vstup 5 V TTL zariadenia je medzi 2V a 5V.
Ale čo ak chcete pripojiť opačným spôsobom, tj 5V TTL zariadenie s 3,3V CMOS zariadením? Potom máme problém. Logický HIGH vstup 3,3V zariadenia CMOS je medzi 2V a 3,3V, zatiaľ čo logický HIGH výstup 5V TTL zariadenia je medzi 2,4V a 5V, čo je podstatne viac, ako dokáže zvládnuť 3,3V zariadenie.
Väčšina 3,3 V zariadení dokáže tolerovať až 3,6 V a čokoľvek viac ako to smaží IC. Takže pri pripájaní integrovaných obvodov alebo zariadení s rôznymi logickými úrovňami musíte byť mimoriadne opatrní.
Existujú dva spôsoby, ako môžete tento problém vyriešiť. Jedným z nich je hrubý spôsob použitia obvodu rozdeľovača napätia a druhým spôsobom (tiež lepším spôsobom) je použitie prevodníka logickej úrovne alebo posunu logickej úrovne.
Jednoduchý rozdeľovač napätia
Keďže nie je problém spojiť 3,3V zariadenie s 5V zariadením, môžete použiť obvod deliča napätia, keď chcete pripojiť 5V zariadenie s 3,3V zariadením.
Urobil som špeciálny tutoriál o základoch deliča napätia. Ak chcete získať podrobnejšie informácie, pozrite si príručku „ OBVOD DELIČA NAPÄTIA “.
Obvod deliča napätia jednoducho konvertuje vysoké vstupné napätie (povedzme 5 V) na nízke výstupné napätie (napríklad 3,3 V) pomocou iba dvoch odporov.
Zo základnej teórie obvodov môžeme odvodiť rovnicu pre V OUT ako:
V OUT = (V IN * R 2 ) / (R 1 + R 2 )
Vo vyššie uvedenom okruhu, predpokladajme, že V- IN 5V a V OUT je 3.3V. Ak zvolíme R 1 ako 1 kΩ, potom pomocou vyššie uvedenej rovnice dostaneme R 2 ako 1 914 Ω. Rezistor s najbližšou hodnotou k tomuto výsledku je 2,2 kΩ.
Ak použijeme vyššie uvedenú rovnicu s V IN ako 5V, R 1 ako 1 kΩ a R 2 ako 2,2 kΩ, potom dostaneme V OUT ako 3,4 V, čo je prijateľná hodnota pre 3,3 V logické zariadenia.
Delič napätia však nie je ideálnym riešením na konverziu logickej úrovne. Túto metódu použite len pre pomalé signály a pre spínacie vstupy. Nie je to spoľahlivá metóda na použitie vo vysokorýchlostných signáloch ako I 2 C alebo SPI.
Obojsmerný konvertor logickej úrovne
V priebehu rokov sme videli veľa 3,3V zariadení ako Raspberry Pi, ESP8266, ESP32, Nokia 5110 LCD, HC-05 Bluetooth modul, BMP180 barometrický tlakový senzor atď.
Ak chcete pripojiť 3.3VI 2 C alebo SPI Sensor k 5V zariadeniu ako Arduino s podporou obojsmernej komunikácie, riešením je použiť externý Level Shifter alebo Logic Level Converter.
Tu prezentovaný konvertor logickej úrovne podporuje obojsmerné radenie úrovne pomocou jedného MOSFET na zbernicovú linku a tiež chráni stranu nízkeho napätia pred špičkami na strane vysokého napätia.
Zvážte nasledujúci obvod pozostávajúci z N-kanálového MOSFETu s internou vypúšťacou – substrátovou diódou (je dôležité ju mať). Rozdeľme obvod na dve časti ľavú stranu alebo stranu nízkeho napätia a pravú stranu alebo stranu vysokého napätia.
Každá strana má iné napájacie napätie a tiež rôzne logické úrovne. Zbernica na strane nízkeho napätia je vytiahnutá VYSOKO na 3,3V a aj napájanie zariadenia na tejto strane je 3,3V.
Pravá zbernica je vytiahnutá VYSOKO na 5V a napájacie napätie zariadenia je 5V. Brána MOSFETu musí byť pripojená k nízkonapäťovému zdroju, tj v tomto prípade 3,3V. Zdroj a odtok MOSFET sú pripojené k nízkonapäťovej zbernici a vysokonapäťovej zbernici.
Tento jednoduchý obvod pôsobí ako obojsmerný logický posúvač úrovne.
Ako funguje prevodník úrovne obojsmernej logiky?
Pozrime sa teraz, ako vyššie uvedené nastavenie funguje ako obojsmerný konvertor logickej úrovne. Aby som prácu jasne pochopil, dovoľte mi rozdeliť operáciu do troch stavov.
Pohotovostný stav
V prvom stave ani zariadenie, tj zariadenie na nízkonapäťovej strane ani zariadenie na vysokonapäťovej strane nesťahuje zbernicu na nízku úroveň. V tomto prípade je nízkonapäťová zbernica ťahaná z vysokého na nízke napätie
Keďže brána aj zdroj MOSFETu sú pripojené k 3,3 V, V GS je 0 V, čo je pod prahovým napätím MOSFETu. Výsledkom je, že MOSFET nie je vodivý a to umožňuje vysokonapäťovú zbernicu vytiahnuť vysoko na 5V.
Takže v tomto stave sú obe strany zbernice na logickej VYSOKEJ, ale na rôznych úrovniach napätia.
3,3V zariadenie sťahuje zbernicu
Druhý stav je, keď 3,3V zariadenie stiahne zbernicu nadol na logickú LOW úroveň. Brána MOSFETu je stále na 3,3 V, ale zdroj sa zníži. Výsledkom je, že V GS sa stane 3,3 V, čo je väčšie ako prahové napätie MOSFET a to umožňuje MOSFET viesť.
Pretože MOSFET je teraz vodivý, vysokonapäťová zbernica je stiahnutá 3,3 V zariadením na logickú hodnotu LOW. Preto sú obe strany zbernice na logickej NÍZKE s rovnakou úrovňou napätia.
5V zariadenie stiahne zbernicu
V treťom stave 5V zariadenie stiahne vysokonapäťovú bočnú zbernicu na logickú NÍZKU úroveň. Prostredníctvom diódy Drain – Substrate sa nízkonapäťová strana sťahuje nadol, kým V GS nedosiahne prahové napätie.
MOSFET teraz začne viesť, čo bude ďalej ťahať nízkonapäťovú bočnú zbernicu na logickú úroveň NÍZKEHO napätia pomocou 5V zariadenia. Aj v tomto prípade sú obe strany zbernice na logickej úrovni LOW pri rovnakom napätí.
Ak teda skombinujeme tieto tri stavy, môžeme dospieť k záveru, že logické úrovne sú posunuté v oboch smeroch.
Phillips publikoval krásnu aplikačnú poznámku na túto tému s názvom „Obojsmerný prepínač úrovne pre I²C-bus a iné systémy“. Ak chcete získať ďalšie informácie, vyhľadajte výraz „AN97055“.
Moduly prevodníka logickej úrovne
Mnoho výrobcov modulov kombinuje 4 takéto obvody radenia úrovne založené na MOSFET, aby vyvinuli 4-zbernicové alebo 4-kanálové moduly logického prevodníka úrovne.
Schéma jedného takéhoto modulu je znázornená na nasledujúcom obrázku.
Ak sa pozriete na obrázok typického 4-kanálového modulu Level Shifter Module, pozostáva z 12 kolíkov v dvoch radoch. Horný rad pozostáva z vysokonapäťových napájacích a uzemňovacích kolíkov (HV a GND) a 4 vysokonapäťových kanálov (HV1, HV2, HV3 a HV4).
Spodný rad pozostáva z nízkonapäťového zdroja a uzemnenia (LV a GND) a 4 nízkonapäťových kanálov (LV1, LV2, LV3 a LV4). Skombinoval som dva takéto moduly, aby som vytvoril 8-kanálový konvertor logickej úrovne.
Záver
V tomto návode ste sa dozvedeli o logických úrovniach, potrebe konverzie logickej úrovne, jednoduchom prevode úrovne napätia založenom na deliči napätia a veľmi užitočnom obojsmernom prevodníku logickej úrovne so schémou a modulom.
