CN103199847A - 一种双向电平转换电路及电子产品 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双向电平转换电路及电子产品，用于在第一电平和第二电平之间进行双向转换，包括两个电平接口、两路电源和两颗NPN型三极管；第一NPN型三极管的基极连接第一电源，发射极分别连接第一电源和第一电平接口，集电极分别连接第二电源和第二电平接口；第二NPN型三极管的基极连接第一电源，发射极分别连接第二电源和第二电平接口，集电极分别连接第一电源和第一电平接口。本发明的双向电平转换电路采用分立元件器组建而成，结构简单，成本低廉，在有效控制硬件成本的基础上实现了两种电平之间的双向高精度转换，性能稳定可靠，能够很好地满足芯片之间在进行数据通信时对通信电平的精确度要求，保证了芯片接口的安全性。

Description

一种双向电平转换电路及电子产品

技术领域

本发明属于数据通信技术领域，具体地说，是涉及一种用于实现两种电平信号双向转换的电路设计。

背景技术

随着电子技术的不断发展，两个芯片之间需要进行数据通信的情况越来越普遍。而对于不同的芯片来说，其接口所支持的通信电平各不相同，因此需要在两个芯片之间增设电平转换电路，以满足芯片间的信号传输要求。

但是，随着数字芯片工艺的不断提升，芯片之间的通信对电平的精确性要求越来越严格，这就对电平转换电路的转换精度提出了更高的要求。而对于目前的电平转换电路来说，主要存在三种构建形式：一种是采用专用转换芯片配合简单的外围电路构建形成的电平转换电路，这种电平转换电路虽然可以实现两种电平间的双向转换，且能保证一定的转换精度，但是由于需要使用专用的集成芯片，因此硬件成本高、具有特定的使用范围和附加功能。第二种是采用分立元器件搭建而成的单向电平转换电路，虽然硬件成本低，但是只能实现电平的单向转换，不能进行两个不同电平之间的相互转换。第三种是采用分立元器件搭建而成的不精确的双向电平转换电路，这种电平转换电路虽然可以实现两种电平间的相互转换，但是转换精度不高，需要考虑芯片接口的耐压能力和对电平的辨识能力，而且不精确的通信电平也会对芯片的使用寿命产生一定的影响。

基于此，如何以较低的成本实现两种电平之间的高精度双向转换，是目前数据通信领域亟待解决的一项主要问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用分立元器件组建而成的双向电平转换电路，在有效控制硬件成本的基础上，实现了两种电平之间的高精度双向转换。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种双向电平转换电路，用于在第一电平和第二电平之间进行双向转换，包括两个电平接口、两路电源和两颗NPN型三极管；其中，第一NPN型三极管的基极连接第一电源，发射极分别连接第一电源和第一电平接口，集电极分别连接第二电源和第二电平接口；第二NPN型三极管的基极连接第一电源，发射极分别连接第二电源和第二电平接口，集电极分别连接第一电源和第一电平接口。

进一步的，所述第一电源的电压值低于第二电源的电压值。

优选的，所述第一电源为+3.3V的直流电源；所述第二电源为+5V的直流电源。

又进一步的，所述第一电源的电压值等于第一电平接口所要求传输的电平信号的幅值；所述第二电源的电压值等于第二电平接口所要求传输的电平信号的幅值。

优选的，通过所述第一电平接口和第二电平接口传输的电平信号均为TTL电平信号。

再进一步的，所述两颗NPN型三极管的基极各自经由一颗上拉电阻连接所述的第一电源；所述第一电源经由第一限流电阻分别连接第一NPN型三极管的发射极和第二NPN型三极管的集电极；所述第二电源经由第二限流电阻分别连接第一NPN型三极管的集电极和第二NPN型三极管的发射极。

为了进一步提高电平传输的稳定性，所述的两个电平接口各自经由一颗滤波电容接地。

更进一步的，所述的两个电平接口各自串联一路匹配电阻后，再与所述的两颗NPN型三极管对应连接。

基于上述双向电平转换电路，本发明还提出了一种采用所述双向电平转换电路设计的电子产品，在所述电子产品的内部电路板上设置有用于在第一电平和第二电平之间进行双向转换的电平转换电路，在所述双向电平转换电路中设置有两个电平接口、两路电源和两颗NPN型三极管；其中，第一NPN型三极管的基极连接第一电源，发射极分别连接第一电源和第一电平接口，集电极分别连接第二电源和第二电平接口；第二NPN型三极管的基极连接第一电源，发射极分别连接第二电源和第二电平接口，集电极分别连接第一电源和第一电平接口。通过控制两颗NPN型三极管的通断时序，以实现第一电平信号与第二电平信号之间的双向转换。

进一步的，所述的两个电平接口分别与电子产品中的两颗集成芯片的通信接口一一对应连接，以满足两颗芯片之间的数据通信要求。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的双向电平转换电路采用分立元件器组建而成，结构简单，成本低廉，在有效控制硬件成本的基础上实现了两种电平之间的双向高精度转换，性能稳定可靠，能够很好地满足芯片之间在进行数据通信时对通信电平的精确度要求，保证了芯片接口的安全性以及芯片对所接收通信电平的准确辨识，延长了集成芯片的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例而已，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明所提出的双向电平转换电路的原理框图；

图2是本发明所提出的双向电平转换电路的一种实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明中的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

为了使本发明技术方案的优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作详细地说明。

实施例一，本实施例为了达到两种电平信号双向高精度转换的目的，摒弃传统采用专用转换芯片的电路设计方案，采用分立元件器搭建双向电平转换电路，进而在实现不同电平信号的双向转换且满足高精度转换要求的前提下，实现了硬件成本的明显降低。

参见图1所示，本实施例的双向电平转换电路主要由用于传输第一电平的第一电平接口、用于传输第二电平的第二电平接口以及连接在两个电平接口之间、用于在第一电平与第二电平之间进行双向转换的电平转换电路组建而成。其中，所述的电平转换电路主要由三极管和电阻等分立元器件搭建而成，不仅可以达到与专用转换芯片相当的电平转换精度，而且相比使用专用转换芯片可以大幅降低硬件成本，适合在价格竞争相对激烈的消费类电子产品中推广应用。

图2是图1中电平转换电路的一种实施例的电路原理图，包括两路电源VCC1、VCC2、两颗NPN型三极管Q1、Q2和若干个电阻元件。其中，所述的两路电源VCC1、VCC2可以为两路电压值不同的直流电源，且第一电源VCC1的电压值应低于第二电源VCC2的电压值。例如：第一电源VCC1为+3.3V的直流电源；第二电源VCC2为+5V的直流电源等。对于两颗NPN型三极管Q1、Q2来说，将第一NPN型三极管Q1的基极通过串联的上拉电阻R3连接第一电源VCC1，三极管Q1的发射极通过第一限流电阻R2连接所述的第一电源VCC1，并与第一电平接口3.3V_IO相连接；三极管Q1的集电极通过第二限流电阻R6连接第二电源VCC2，并与第二电平接口5V_IO相连接。与之类似，对于第二NPN型三极管Q2来说，可以将第二NPN型三极管Q2的基极通过上拉电阻R4连接第一电源VCC1，将第二NPN型三极管Q2的发射极通过第二限流电阻R6连接第二电源VCC2，并与第二电平接口5V_IO相连接；第二NPN型三极管Q2的集电极通过第一限流电阻R2连接所述的第一电源VCC1，并与第一电平接口3.3V_IO相连接。

在本实施例中，为了实现两路电平信号的高精度转换，所述第一电源VCC1的电压值应该等于第一电平接口3.3V_IO所要求传输的电平信号的幅值，即通过第一电平接口3.3V_IO传输的TTL电平信号的高电平幅值；而第二电源VCC2的电压值应该等于第二电平接口5V_IO所要求传输的电平信号的幅值，即通过第二电平接口5V_IO传输的TTL电平信号的高电平幅值。

以第一电平接口3.3V_IO要求传输3.3V的TTL电平信号，第二电平接口5V_IO要求传输5V的TTL电平信号为例进行说明，此时，应选择+3.3V的直流电源作为第一电源VCC1，选择+5V的直流电源作为第二电源VCC2，从而实现通过第一电平接口3.3V_IO传输0-3.3V的高低电平信号，通过第二电平接口5V_IO传输0-5V的高低电平信号。

下面以第一电源VCC1为+3.3V的直流电源，第二电源VCC2为+5V的直流电源为例，对本实施例所提出的双向电平转换电路的工作原理进行具体说明。

1、从3.3V电平信号到5V电平信号的转换过程：

当通过第一电平接口3.3V_IO接入的TTL电平信号为高电平（3.3V）时，第一NPN型三极管Q1由于其基极电压(3.3V)等于其发射极电压(3.3V)而处于截止状态，第二NPN型三极管Q2由于其基极电压(3.3V)低于其发射极电压(5V)同样进入截止状态。此时，第二电源VCC2通过第二限流电阻R6作用于第二电平接口5V_IO，因此，通过第二电平接口5V_IO输出5V的高电平。

当通过第一电平接口3.3V_IO接入的TTL电平信号为低电平（0V）时，第一NPN型三极管Q1由于其基极电压(3.3V)与其发射极电压(0V)之差大于0.7V的导通压降，而进入饱和导通状态。此时，第一NPN型三极管Q1的集电极电压被拉低到0V，从而置第二电平接口5V_IO的电压值为0V，即通过第二电平接口5V_IO输出0V的低电平。

由此，便实现了0-3.3V电平信号到0-5V电平信号的转换。

2、从5V电平信号到3.3V电平信号的转换过程：

当通过第二电平接口5V_IO接入的TTL电平信号为高电平（5V）时，第二NPN型三极管Q2由于其基极电压(3.3V)低于其发射极电压(5V)而处于截止状态，第一NPN型三极管Q1由于其基极电压(3.3V)等于其发射极电压(3.3V)同样进入截止状态。此时，第一电源VCC1通过第一限流电阻R2作用于第一电平接口3.3V_IO，因此，通过第一电平接口3.3V_IO输出3.3V的高电平。

当通过第二电平接口5V_IO接入的TTL电平信号为低电平（0V）时，第二NPN型三极管Q2由于其基极电压(3.3V)与其发射极电压(0V)之差大于0.7V的导通压降，而进入饱和导通状态。此时，第二NPN型三极管Q2的集电极电压被拉低到0V，从而置第一电平接口3.3V_IO的电压值为0V，即通过第一电平接口3.3V_IO输出0V的低电平。

由此，便实现了0-5V电平信号到0-3.3V电平信号的转换。

为了提高电平信号传输的稳定性，在所述第一电平接口3.3V_IO和第二电平接口5V_IO处还增设有匹配电阻R1/R5和滤波电容C1/C2，参见图2所示。其中，第一电平接口3.3V_IO通过与匹配电阻R1串联后，连接所述第一NPN型三极管Q1的发射极和第二NPN型三极管Q2的集电极，并通过滤波电容C2接地，以滤除干扰信号。第二电平接口5V_IO通过与匹配电阻R5串联后，连接所述第一NPN型三极管Q1的集电极和第二NPN型三极管Q2的发射极，并通过滤波电容C1接地，以滤除干扰，保持信号传输的稳定性。

将图2所示的双向电平转换电路应用在电子产品中，针对电子产品中通信接口所支持的接口电平不同的两颗集成芯片，可以将所述双向电平转换电路连接在所述的两颗集成芯片之间，对于接口电平要求低的第一集成芯片，应该将其通信接口连接所述的第一电平接口3.3V_IO；对于接口电平要求高的第二集成芯片，应该将其通信接口连接第二电平接口5V_IO。然后，选择与第一集成芯片的接口电平幅值一致的直流电源作为第一电源VCC1，选择与第二集成芯片的接口电平幅值一致的直流电源作为第二电源VCC2，由此便可以实现通信信号的双向电平转换及传输，满足集成芯片间的数据通信要求。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双向电平转换电路，用于在第一电平和第二电平之间进行双向转换，其特征在于：包括两个电平接口、两路电源和两颗NPN型三极管；其中，第一NPN型三极管的基极连接第一电源，发射极分别连接第一电源和第一电平接口，集电极分别连接第二电源和第二电平接口；第二NPN型三极管的基极连接第一电源，发射极分别连接第二电源和第二电平接口，集电极分别连接第一电源和第一电平接口。

2.根据权利要求1所述的双向电平转换电路，其特征在于：所述第一电源的电压值低于第二电源的电压值。

3.根据权利要求2所述的双向电平转换电路，其特征在于：所述第一电源的电压值等于第一电平接口所要求传输的电平信号的幅值；所述第二电源的电压值等于第二电平接口所要求传输的电平信号的幅值。

4.根据权利要求3所述的双向电平转换电路，其特征在于：通过所述第一电平接口和第二电平接口传输的电平信号均为TTL电平信号。

5.根据权利要求2所述的双向电平转换电路，其特征在于：所述第一电源为+3.3V的直流电源；所述第二电源为+5V的直流电源。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的双向电平转换电路，其特征在于：所述两颗NPN型三极管的基极各自经由一颗上拉电阻连接所述的第一电源；所述第一电源经由第一限流电阻分别连接第一NPN型三极管的发射极和第二NPN型三极管的集电极；所述第二电源经由第二限流电阻分别连接第一NPN型三极管的集电极和第二NPN型三极管的发射极。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的双向电平转换电路，其特征在于：所述的两个电平接口各自经由一颗滤波电容接地。

8.根据权利要求7所述的双向电平转换电路，其特征在于：所述的两个电平接口各自串联一路匹配电阻后，再与所述的两颗NPN型三极管对应连接。

9.一种电子产品，其特征在于：在所述电子产品的内部电路板上设置有如权利要求1至9中任一项权利要求所述的双向电平转换电路。

10.根据权利要求9所述的电子产品，其特征在于：所述的两个电平接口分别与电子产品中的两颗集成芯片的通信接口一一对应连接。

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