与非网|| 19种电压转换的电路设计方法，干货( 四 )
使用二极管钳位有一个问题 ， 即它将向3.3V电源注入电流 。 在具有高电流5V输出且轻载3.3V电源轨的设计中 ， 这种电流注入可能会使3.3V电源电压超过3.3V 。 为了避免这个问题 ， 可以用一个三极管来替代 ， 三极管使过量的输出驱动电流流向地 ， 而不是3.3V电源 。 设计的电路如图11-1所示 。
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Q1的基极-发射极结所起的作用与二极管钳位电路中的二极管相同 。 区别在于 ， 发射极电流只有百分之几流出基极进入3.3V轨 ， 绝大部分电流都流向集电极 ， 再从集电极无害地流入地 。 基极电流与集电极电流之比 ， 由晶体管的电流增益决定 ， 通常为10-400 ， 取决于所使用的晶体管 。
技巧十二：5V→3.3V电阻分压器
可以使用简单的电阻分压器将5V器件的输出降低到适用于3.3V器件输入的电平 。 这种接口的等效电路如图12-1所示 。
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通常 ， 源电阻RS非常小（小于10Ω） ， 如果选择的R1远大于RS的话 ， 那么可以忽略RS对R1的影响 。 在接收端 ， 负载电阻RL非常大（大于500kΩ） ， 如果选择的R2远小于RL的话 ， 那么可以忽略RL对R2的影响 。
在功耗和瞬态时间之间存在取舍权衡 。 为了使接口电流的功耗需求最小 ， 串联电阻R1和R2应尽可能大 。 但是 ， 负载电容（由杂散电容CS和3.3V器件的输入电容CL合成）可能会对输入信号的上升和下降时间产生不利影响 。 如果R1和R2过大 ， 上升和下降时间可能会过长而无法接受 。
如果忽略RS和RL的影响 ， 则确定R1和R2的式子由下面的公式12-1给出 。
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公式12-2给出了确定上升和下降时间的公式 。 为便于电路分析 ， 使用戴维宁等效计算来确定外加电压VA和串联电阻R 。 戴维宁等效计算定义为开路电压除以短路电流 。 根据公式12-2所施加的限制 ， 对于图12-1所示电路 ， 确定的戴维宁等效电阻R应为0.66*R1 ， 戴维宁等效电压VA应为0.66*VS 。
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例如 ， 假设有下列条件存在：
?杂散电容=30pF
?负载电容=5pF
?从0.3V至3V的最大上升时间≤1μs
?外加源电压Vs=5V
确定最大电阻的计算如公式12-3所示 。
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技巧十三：3.3V→5V电平转换器
尽管电平转换可以分立地进行 ， 但通常使用集成解决方案较受欢迎 。 电平转换器的使用范围比较广泛：有单向和双向配置、不同的电压转换和不同的速度 ， 供用户选择最佳的解决方案 。
器件之间的板级通讯（例如 ， MCU至外设）通过SPI或I2C?来进行 ， 这是最常见的 。 对于SPI ， 使用单向电平转换器比较合适；对于I2C ， 就需要使用双向解决方案 。 下面的图13-1显示了这两种解决方案 。
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模拟
3.3V至5V接口的最后一项挑战是如何转换模拟信号 ， 使之跨越电源障碍 。 低电平信号可能不需要外部电路 ， 但在3.3V与5V之间传送信号的系统则会受到电源变化的影响 。 例如 ， 在3.3V系统中 ， ADC转换1V峰值的模拟信号 ， 其分辨率要比5V系统中ADC转换的高 ， 这是因为在3.3VADC中 ， ADC量程中更多的部分用于转换 。 但另一方面 ， 3.3V系统中相对较高的信号幅值 ， 与系统较低的共模电压限制可能会发生冲突 。
因此 ， 为了补偿上述差异 ， 可能需要某种接口电路 。 本节将讨论接口电路 ， 以帮助缓和信号在不同电源之间转换的问题 。
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