使用MOS管做电平转换的避坑指南

judy -- 周三, 07/03/2024 - 09:57

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：

图1.JPG

方案一

MOS管选用AO3400，MCU_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:

图2.JPG

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+100pF和200R+1nF进行测试（如图3）。

图3.JPG

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。

图4.JPG

方案二

MOS管选用AO3400，MCU_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。

图5.JPG

方案三

MOS管选用AO4300和SI2302，MCU_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.JPG

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。

图7.JPG

文章来源：兴威帆