电平转换电路的作用(电平转换电路原理)

导语：电平转换电路（1）——需要电平转换的原因和基本原理

1.问题的提出

在数字电路的互联互通中，经常会遇到器件之间接口电平不匹配的情况。那么如何处理这种不匹配，什么时候可以直接去使用，什么时候用电平转换电路，以及用什么样的电平转换电路来处理电平的不同就需要我们认真的考虑。下面我们就具体的讨论一下以上所提出的问题。

2.Vih，Vil，Voh及Vol的概念

在讨论用什么样的电平转换电路之前，我们首先搞清楚为什么要做电平转换呢？在数字电路中，如果是高电平，就被认为是1，如果是低电平就被认为为0。但是高电平的定义是什么呢，多高的电压才能算高呢？同样的道理，低电平有没有什么具体的值来定义低呢?

这时候就有四个概念被提了出来，Vih，Vil，Voh及Vol。

Vih——指芯片能够被判别为数字1时的电压输入范围

Vil——指芯片能够被判别为数字0时的电压输入范围

Voh——指芯片输出1时的电压输出范围

Vol——指芯片输出0时的电压输出范围

一般来说，任意一个芯片的手册上都会有所谓的Digital Specification,在这里都会定义以上提到的4个指标。

3.Vih，Vil，Voh及Vol的例子

下面用一个具体的例子来说明这几个参数的具体意义。

表一

从上面的表格中可以看出，对于此芯片的数字信号来说，如果输入的电压范围在0.8V~VDD之间，那么就可以被芯片准确无误的判断为1； 如果输入的电压范围小于0.2V，那么就可以被芯片准确无误的判断为0。 而对于输出来说，此芯片输出信号1时，输出信号的电压范围是0.9V~VDD; 此芯片输出信号0时，输出信号的电压小于0.1V;

对于芯片来说，IO能够承受的最大的输入电压不一定就是VDD。它是有可能比VDD大的。比如说下面的例子。

表二

这个芯片的Vih可以为VDDIO+0.3V。

理解了以上的原理我们就可以去判定不同IC之间需不需要用电平转换电路。

我们可以把表一所列的芯片叫做A，把表二所列的芯片叫做B。如果A接的电源为3.3V，而B的VDDIO为3V，那么他们之间能不能的IO能不能直接相连呢？

其实很简单，我们只要看一看A的输出能不能满足B的输入的电压要求，同时看看B的输出能不能满足A的输入的要求。

表三

可以看出， A的Voh不能保证B的Vih的输入要求，其他的3个指标都是可以互相满足的。所以我们从中可以得出结论，A的输出不能直接接到B的输入，否则可能会导致逻辑的错误。

当然，在实际的使用当中，如果IC之间的供电电压不同，即使IO电平是匹配的，直接把他们连接起来也要很慎重。因为IO内部可以是不同的，有的是可以在软件的配置下有不同的硬件表现，比如可以配置成上拉，下拉，高阻等等。如果在对于功耗设计特别敏感的情况下，IC之间的电源电压不一样，同时IO被配置成了上拉或者下拉直连的话，会在IC的IO口之间有微小的电流存在。

在后面的文章中，给大家介绍几种电平转换的基本方法和实用电路，请关注电平转换电路（2）——电平转换电路的实现和例子

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