Би

У доба ЕНИАЦ-а рачунари су били аналогније природе и користили су врло мало дигиталних ИЦ-а. Данас просечан Јое-ов рачунар ради са више нивоа напона, људи који су видели СМПС ЦПУ-а приметили би да за рад вашег рачунара треба ± 12В, + 5В и + 3,3В. Ови нивои напона су веома важни за рачунар; одређени напон одређује стање сигнала (високог или ниског). Ово високо стање рачунар прихвата као бинарно 1, а ниско стање као бинарно 0. У зависности од услова 0 и 1, рачунар производи податке, кодове и упутства за пружање потребних резултата.

Савремени нивои логичког напона у великој мери варирају од 1,8В до 5В. Стандардни логички напони су 5В, 3.3В, 1.8В итд. Али, како систем или контролер који ради са логичким нивоом од 5В (пример Ардуино) комуницира са другим системом који ради са 3.3В (пример ЕСП8266) или било којим другим различитим напоном ниво? Овај сценарио се често јавља у многим дизајном, где постоји више микроконтролера или се користе сензори, а овде је решење коришћење Логиц Левел Цонвертер или Логиц Левел Схифтер. У овом чланку ћемо сазнати више о претварачима логичког нивоа, а такође ћемо изградити и једносмерно двосмерно коло претварача логичког нивоа помоћу МОСФЕТ-а који ће вам добро доћи за дизајн кола.

Улазни напон високог и ниског нивоа

Међутим, са стране микропроцесора или микроконтролера, вредност нивоа логичког напона није фиксна; то има неку толеранцију. На пример, прихваћени Логиц Хигх (логика 1) за микроконтролере логичког нивоа од 5 В је најмање 2,0 В (минимални улазни напон високог нивоа) до максимално 5,1 В (максимални улазни напон високог нивоа). Слично томе, за логички низак ниво (логика 0) прихваћена вредност напона је од 0В (минимални улазни напон ниског нивоа) до највише 8В (максимални улазни напон ниског нивоа).

Горњи пример је тачан за микроконтролере логичког нивоа 5В, али такође су доступни и микроконтролери логичког нивоа 3.3В и 1.8В. Код такве врсте микроконтролера, опсег напона логичког нивоа ће се разликовати. Релевантне информације можете добити из техничког листа тог одређеног ИЦ-а контролера. Када користите претварач нивоа напона, треба водити рачуна да вредност високог напона и вредност ниског напона буду у границама ових параметара.

Двосмерни претварач логичког нивоа

У зависности од примене и техничке конструкције, доступне су две врсте мењача нивоа, једносмерни претварач нивоа логике и двосмерни претварач нивоа логике. У једносмерним претварачима нивоа, улазни пинови намењени су за један напонски домен, а излазни пинови намењени су за други напонски домен, али то није случај са двосмерним претварачима нивоа који могу претварати логичке сигнале у оба смера. За двосмерне претвараче нивоа, сваки домен напона не само да има улазне пинове већ има и излазни пин. На пример, ако обезбедите 5,5 В на улазној страни, претвориће га на 3,3 В на излазној страни, слично ако обезбедите 3,3 В на излазној страни, претвориће је у 5 В на улазној страни.

У овом упутству направићемо једноставан двосмерни претварач нивоа и тестираћемо га на високу у ниску и ниску у високу конверзију.

Једноставан двосмерни претварач нивоа логике

Једноставно двосмерно коло логичког претварача приказано је на доњој слици.

Коло користи н-канални МОСФЕТ за претварање нисконапонског логичког нивоа у високонапонски логички ниво. Једноставни логички претварач нивоа такође се може направити помоћу отпорних делилаца напона, али ће увести губитак напона. МОСФЕТ претварачи или логички претварачи засновани на транзистору су професионални, поуздани и сигурнији за интеграцију.

Коло такође користи две додатне компоненте, Р1 и Р2. То су отпорници на извлачење. Због најмањег броја делова и то је исплативо решење. У зависности од горњег кола, биће направљен једноставан двосмерни претварач од 3.3В до 5В.

Претварач нивоа од 5 В до 3,3 В помоћу МОСФЕТ-а

5В на 3.3В двосмерну конвертора нивоа логика кола може се видети у наставку сликом -

Као што видите, отпорницима Р1 и Р2 морамо обезбедити константан напон од 5В и 3,3В. Игле Лов_сиде_Логиц_Инпут и Хигх_Сиде_Логиц_Инпут могу се наизменично користити као улазне и излазне игле.

Компоненте коришћене у горе наведеном колу су

Р1 - 4.7к

Р2 - 4,7 к

К1 - БС170 (Н-канални МОСФЕТ).

Оба отпорника толеришу 1%. Отпорници са толеранцијом од 5% такође ће радити. У Дисплеј за БС170 МОСФЕТ се могу видети у наставку слици која је реда Драин, капије и Извор.

Конструкција кола састоји се од два отпорна отпора по 4,7 к. Одвод и изворни клип МОСФЕТ-а повлаче се до жељеног нивоа напона (у овом случају 5В и 3,3В) за конверзију од ниске до високе или високе до ниске. Такође можете да користите било коју вредност између 1к до 10к за Р1 и Р2, јер они делују само као повлачни отпорници.

За савршено радно стање постоје два услова која морају бити задовољена током конструкције кола. Први услов је да логички напон ниског нивоа (у овом случају 3,3 В) мора бити повезан са извором МОСФЕТ-а, а логички напон високог нивоа (5 В у овом случају) мора бити повезан са одводном иглом МОСФЕТ-а. Други услов је да капија МОСФЕТ-а мора бити повезана на нисконапонско напајање (у овом случају 3,3 В).

Симулација двосмерног претварача нивоа логике

Комплетни рад склопа логичког пребацивача нивоа може се разумети коришћењем резултата симулације. Као што можете видети на доњој ГИФ слици, током логичког претварања високог у нижи ниво улазни пин логике се помера између 5В и 0В (уземљење) и логички излаз се добија као 3.3В и 0В.

Слично томе, током конверзије од ниског до високог нивоа, логички улаз је између 3,3 В и 0 В се претвара у логички излаз 5 В и 0 В, као што је приказано на доњој ГИФ слици.

Круг претварача логичког нивоа ради

Након испуњавања та два услова, коло ради у три стања. Државе су описане у наставку.

1. Када је доња страна у логичком 1 или високом стању (3,3 В).
2. Када је доња страна у логичком 0 или ниском стању (0В).
3. Када висока страна промени стање са 1 на 0 или високо на ниско (5В на 0В)

Када је доња страна висока, то значи да је напон извора МОСФЕТ-а 3,3 В, МОСФЕТ не спроводи због тога што Вгс гранична тачка МОСФЕТ-а није постигнута. У овом тренутку капија МОСФЕТ-а је 3.3В, а извор МОСФЕТ-а је такође 3.3В. Према томе, Вгс је 0В. МОСФЕТ је искључен. Логика 1 или високо стање улаза на доњој страни одражава се на одводној страни МОСФЕТ-а као излаз од 5 В преко отпорника Р2.

У овој ситуацији, ако доња страна МОСФЕТ-а промени своје стање са високе на ниску, МОСФЕТ почиње да делује. Извор је у логици 0, па је и висока страна такође постала 0.

Ова горе наведена два стања успешно претварају логичко стање ниског напона у високонапонско логичко стање.

Друго радно стање је када горња страна МОСФЕТ-а мења своје стање са високог на ниско. Време је када диода за одводну подлогу почиње да се проводи. Ниска страна МОСФЕТ-а се спушта на низак напон све док Вгс не пређе граничну тачку. Сабирничка линија и нисконапонског и високонапонског пресека постала је ниска на истом нивоу напона.

Брзина пребацивања претварача

Још један важан параметар који треба узети у обзир приликом дизајнирања претварача нивоа логике је брзина транзиције. Будући да ће се већина логичких претварача користити између комуникационих сабирница попут УСАРТ-а, И2Ц итд., Важно је да се логички претварач пребацује довољно брзо (брзина транзиције) како би се подударао са брзином преноса комуникационих линија.

Прелазна брзина је иста као и брзина пребацивања МОСФЕТ-а. Отуда је у нашем случају према табели са подацима БС170, време укључивања МОСФЕТ-а и време искључења МОСФЕТ-а наведено испод. Стога је важно одабрати прави МОСФЕТ за дизајн вашег претварача логичког нивоа.

Дакле, наш МОСФЕТ овде захтева 10нС да се укључи и 10нС да се искључи, што значи да може да се укључи и искључи 10,00,000 пута у једној секунди. Под претпоставком да наша комуникациона линија ради брзином од (брзина преноса) 115200 бита у секунди, онда то значи да се у једној секунди искључи и искључи само 1,15,200. Тако да свој уређај можемо врло добро користити и за комуникацију са великом брзином преноса.

Тестирање вашег логичког претварача

Следеће компоненте и алати су потребни за испитивање кола -

1. Напајање са два различита напонска излаза.
2. Два мултиметра.
3. Два тактилна прекидача.
4. Неколико жица за везу.

Шема је модификована ради испитивања кола.

У горњој шеми су представљена два додатна тактилна прекидача. Такође, прикључен је мултиметар за проверу логичке транзиције. Притиском на СВ1, доња страна МОСФЕТ-а мења своје стање из високог у ниски и претварач логичког нивоа ради као претварач логичког нивоа ниског напона у високонапонски.

С друге стране, притиском на СВ2, горња страна МОСФЕТ-а мења своје стање са високог на ниски и претварач логичког нивоа ради као високонапонски претварач логичког нивоа.

Струјно коло је направљено у плочи и тестирано.

Горња слика приказује логичко стање на обе стране МОСФЕТ-а. Обоје су у стању Логиц 1.

Комплетни видео снимак можете погледати у видео снимку испод.

Ограничења претварача нивоа логике

Коло сигурно има нека ограничења. Ограничења веома зависе од избора МОСФЕТ-а. Максимална напон и одвод струја могу се користити у овом кругу зависи од МОСФЕТ спецификацији. Такође, минимални логички напон је 1,8В. Логички напон мањи од 1,8 В неће радити исправно због Вгс ограничења МОСФЕТ-а. За нижи напон од 1,8 В могу се користити наменски претварачи нивоа логике.

Значај и примене

Као што је објашњено у уводном делу, некомпатибилни ниво напона у дигиталној електроници представља проблем за повезивање и пренос података. Због тога је потребан претварач нивоа или мењач нивоа да би се превазишле грешке повезане са нивоом напона у струјним круговима.

Због доступности кругова логичког нивоа широког опсега на тржишту електронике, као и због различитих микроконтролера нивоа напона, логички мењач нивоа има невероватан случај употребе. Неколико периферних уређаја и старих уређаја који раде на основу И2Ц, УАРТ или аудио кодека требају претвараче нивоа у сврху комуникације са микроконтролером.

Популарне ИЦ-ове претварача логичког нивоа

Постоји много произвођача који нуде интегрисана решења за претварање логичког нивоа. Један од популарних ИЦ је МАКС232. То је један од најчешћих претварача логичког нивоа ИЦ који претвара логички напон микроконтролера 5В у 12В. РС232 порт се користи за комуникацију између рачунара са микроконтролером и захтева +/- 12В. Већ смо раније користили МАКС232 са ПИЦ-ом и неколико других микроконтролера за повезивање микроконтролера са рачунаром.

Постоје различити захтеви, такође постоје у зависности од конверзије нивоа ниског напона, брзине конверзије, простора, цене итд.

СН74АКС је такође популарна серија двосмерних претварача нивоа напона компаније Текас Инструментс. У овом сегменту има пуно ИЦ-а који нуде прелаз сабирнице напајања од једног бита до 4 бита, заједно са додатним функцијама.

Још један популарни двосмерни ИЦ претварач нивоа је МАКС3394Е компаније Маким Интегратед. Користи исту топологију претворбе користећи МОСФЕТ. Шема пин-а може се видети на доњој слици. Претварач подржава одвојени пин за омогућавање којим се може управљати помоћу микроконтролера, што је додатна карактеристика.

Горња интерна конструкција показује исту МОСФЕТ топологију, али са конфигурацијом П-канала. Има пуно додатних функција, као што је 15кВ ЕСД заштита на И / О и ВЦЦ линијама. Типична шема се може видети на доњој слици.

Горња шема приказује склоп који претвара ниво логике од 1,8 В у ниво од 3,3 В и обрнуто. Системски контролер који може бити било која јединица микроконтролера такође контролише ЕН пин.

Дакле, ово је све о двосмерном колу за претварање логичког нивоа и раду.