【应用】基于低成本N沟道MOSFET 2N7002K实现低速接口自动双向电平转换

时间： 2020-01-16 来源：世强

技术问答

在通信电路的设计中，经常会需要在不同电平之间进行相互转换，比如CPU的IO是3.3V，外设的IO电压是5V，这时就需要进行电平转换。对于低速通信电路，现在有很多电平转换的芯片可以选择，NXP、TI、圣邦微等都有。而我们采用的是低成本的方案—MOSFET。

该项目是国内某研究所定制的一块VPX通信板卡，处理器IO为3.3V，需要连接到5V的外设，因此需要进行电平转换。PANJIT自从1986年就一直从事MOSFET、二极管、整流器的研发和生产，在MOSFET领域具有很强的研发实力。加上有世强作为后盾，无论是采购还是技术支持，都会比其他厂商更胜一筹。

PANJIT的2N7002K和其他某厂家的2N7002主要参数对比如下。

表1 PANJIT 2N7002K主要参数

表 2 某厂家2N7002主要参数

从以上参数可以看出，PANJIT的2N7002K漏极电流、热阻等参数优于其他厂家产品，因此我们优先选择了PANJIT的2N7002K。基于低成本N沟道MOSFET 2N7002K的自动双向电平转换电路如下图所示。

图 1 电平转换电路图

电路采用PANJIT的MOSFET 2N7002K和两颗电阻实现。该电路用来连接处理器和外设，左边处理器电压为3.3V，右边外设电压为5V。实际测试两端的信号波形如下图所示。

图 2 3.3V转5V波形图

黄色波形为左边3.3V侧，蓝色波形为右边5V侧，测试频率为100KHz。可以看到输出波形几乎和输入波形一模一样，只是电压幅度增加到了5V。反向测试结果也一样。可见该电路完全可以满足低速通信接口的双向电平转换要求，可用于如GPIO、I2C、UART等通信接口的电平转换（I2C接口可以选择PANJIT的2N7002KDW这款双MOSFET，更加节约布板空间）。我们把通信频率提高到500KHz，电路仍然可以工作的很好，只是输出信号上升沿稍微有些变缓。波形如下图所示。

图 3 500KHz频率转换波形图

另外从2N7002K的数据手册我们可以看到它的引脚图和基本参数，具体可以参考链接：2N7002K。

2N7002K的漏源电压最高为60V，因此该电路实际可以进行转换的电压范围可以从3.3V一直延伸到60V（多数专用电平转换器件最高只支持到5.5V），应用场合可以延伸到12V、24V甚至48V系统。

需要注意的是，因为2N7002K的开启电压在2.5V左右，所以不能用于1.8V系统进行电平转换。另外如果用于5V以上系统，请适当加大上拉电阻阻值，减小上拉电流，以降低功耗。

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terrydl Lv9. 科学家 2020-06-03

学习了
ACE Lv7. 资深专家 2020-01-16

学习

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