电平转换电路的制作方法

本申请涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种电平转换电路。

背景技术：

随着通信技术的发展，集成电路器件的品种和功能越来越丰富。不同的集成电路器件由于功能和使用条件不同，需要工作在不同的电压条件下。

当具有不同供电电压的两个器件之间需要进行通信时，为了避免相互之间的压差造成的器件损坏，工程师们常常会在两个器件之间设置电平适配电路来适配两边器件不同的供电电压。传统的电平适配电路中，通过在信号收发的两路上分别采用两个三极管级联，并设置相应的匹配电路，从而完成不同电平之间的转换。

然而，这种在每条通路上均采用两个三极管的电平适配电路，其结构复杂，成本较高。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种结构简单的低成本的电平转换电路。

本申请实施例提供所述第一电平转换支路包括第一场效应管、第一源极上拉电阻和第一漏极上拉电阻；

所述第一场效应管的源极、漏极和栅极，分别与第一通信端口、第二通信端口和第一电源连接；所述第一场效应管的漏极与第二电源连接；

所述第一源极上拉电阻的两端，分别与所述第一场效应管的源极和所述第一电源连接；

所述第一漏极上拉电阻的两端，分别与所述第一场效应管的漏极和所述第二电源连接；

所述第一通信端口和所述第二通信端口互为收发端口，所述第一电源和所述第二电源的输出电压不同。

在其中一个实施例中，所述电路还包括第二电平转换支路；

所述第二电平转换支路包括第二场效应管、第二源极上拉电阻和第二漏极上拉电阻；

所述第二场效应管的源极、漏极和栅极，分别与第三通信端口、第四通信端口和所述第一电源连接；所述第二场效应管的漏极与所述第二电源连接；

所述第二源极上拉电阻的两端，分别与所述第二场效应管的源极和所述第一电源连接；

所述第二漏极上拉电阻的两端，分别与所述第二场效应管的漏极和所述第二电源连接；

所述第三通信端口和所述第四通信端口互为收发端口。

在其中一个实施例中，所述第一场效应管的漏极和基底之间设置第一二极管。

在其中一个实施例中，所述第二场效应管的漏极和基底之间设置第二二极管。

在其中一个实施例中，所述第一源极上拉电阻和所述第一漏极上拉电阻的阻值相同。

在其中一个实施例中，所述第二源极上拉电阻和所述第二漏极上拉电阻的阻值相同。

在其中一个实施例中，所述第二源极上拉电阻和所述第一源极上拉电阻的阻值相同。

在其中一个实施例中，所述第一源极上拉电阻和所述第一漏极上拉电阻的阻值为1k欧姆。

在其中一个实施例中，所述第二源极上拉电阻和所述第二漏极上拉电阻的阻值为1k欧姆。

在其中一个实施例中，所述第一场效应管和/或所述第二场效应管为n沟道的场效应管。

在其中一个实施例中，所述第一场效应管的源极与多个电压输出为所述第一输出电压的sda端连接，所述第一场效应管的漏极与多个电压输出为所述第二输出电压的sda端连接；所述第二场效应管的源极与多个电压输出为所述第一输出电压的scl端连接，所述第二场效应管的漏极与多个电压输出为所述第二输出电压的scl端连接。

上述电平转换电路，包括第一电平转换支路，且该第一电平转换电路包括第一场效应管、第一源极上拉电阻和第一漏极上拉电阻。其中，第一场效应管的源极、漏极和栅极，分别与第一通信端口、第二通信端口连接和第一电源，同时，第一场效应管的漏极还与第二电源连接，第一源极上拉电阻的两端，分别与第一场效应管的源极和第一电源连接；第一漏极上拉电阻的两端，分别与第一场效应管的漏极和第二电源连接；第一通信端口和第二通信端口互为收发端口，第一电源和第二电源的输出电压不同。本实施例所提供的电平转换电路，仅通过采用一个场效应管就能够实现电平转换功能，并且该电路的排布和走线的复杂度大大降低，在节约了硬件成本的基础上，还节约了设计成本，同时降低了电路的故障概率，提高了电路的可靠性。

附图说明

图1为一个实施例中电平转换电路所应用的通信系统图；

图2为一个实施例提供的电平转换电路的结构示意图；

图3为另一个实施例提供的电平转换电路的结构示意图；

图4为一个实施例提供的电平转换电路在i2c电路中的连接示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请实施例中涉及的电平转换电路可以应用在如图1所示的通信系统中，该系统中包括需要通信的第一器件和第二器件，这两个器件可以设置在同一个设备上，也可以分别设置在两个不同的设备上。本申请实施例中以需要通信的第一器件和第二器件，分别设置在第一终端和第二终端这两个不同的设备上为例进行说明。当不存在上述电平转换电路的时候，第一终端的发射端口和第二终端的接收端口连接，第一终端的接收端口和第二终端的发射端口连接，第一终端和第二终端的接地端连接。当接入上述电平转换电路的时候，第一终端的发射端口和接收端口，均通过上述电平转换电路与第二终端的接收端口和发射端口连接。图1所示的应用场景中，需要进行通信的通路为收发两路，当然，本申请实施例所提供的电平转换电路，还可以用应用在只有一路接收通路或者一路发射通路的场景下。

下面以具体的实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。

图2为一个实施例提供的电平转换电路的结构示意图。如图2所示，所述电路包括第一电平转换支路100；第一电平转换支路100包括第一场效应管110、第一源极上拉电阻120和第一漏极上拉电阻130。其中，第一场效应管110的源极和第一通信端口连接，第一场效应管110的漏极和第二通信端口连接，以及第一场效应管110的栅极和第一电源vdd1连接。第一场效应管110的漏极还与第二电源vdd2连接。第一源极上拉电阻120的两端，分别与第一场效应管110的源极和第一电源vdd1连接；第一漏极上拉电阻130的两端，分别与第一场效应管110的漏极和第二电源vdd2连接。其中，所述第一通信端口和所述第二通信端口互为收发端口，所述第一电源和所述第二电源的输出电压不同。

需要说明的是，上述第一通信端口和第二通信端口为需要互相通信的收发端口，其中一个为发射端口的时候，另外一个则为接收端口，二者并不限定哪一个为发射端口或者接收端口。可选地，上述第一通信端口和第二通信端口可以分别为两个器件对应的端口，这两个器件可以为同一个设备上的两个器件，也可以为设置在不同设备上的两个器件，只要是需要进行通信的两个器件即可。上述vdd1和vdd2可以为直流电源，其具体的输出电压值也不做限定，通常，vdd2的电压大于vdd1的电压，当然vdd2的电压也可以等于vdd1的电压。本实施例以第一电平转换支路100设置在第一终端的发射端口和第二终端的接收端口之间，以及第一电源为3.3v、第二电源为5v且低电平为0v为例进行说明。本实施例中的附图，s表示源极，d表示漏极，g表示栅极；接收端口用rx表示，发射端口用tx表示。

具体的，当第一终端(device1)的发射端口为低电平(0v)时，第一场效应管110导通，此时第二终端(device2)的接收端口为低电平(0v)；当第一终端的发射端口为高电平(vdd1的电压值，3.3v)时，第一场效应管110截止，此时第二终端的发射端口为高电平(vdd2的电压值，5v)；当第一终端的发射端口为高阻(0c)时，第一场效应管110截止，此时第二终端的接收端口则为高电平(vdd2的电压值，5v)。同样的，当第二终端为低电平(0v)的时候，第一场效应管110导通，因此第一终端的发射端口为低电平(0v)；当第二终端的接收端口为高电平(vdd2的电压值，5v)时，第一场效应管110截止，因此第一终端的发射端口为高电平(vdd1的电压值，3.3v)；当第二终端的接收端口为高电平(vdd2的电压值，5v)时，第一场效应管110截止，因此第一终端的发射端口为高电平(vdd1的电压值，3.3v)。由此可知，第一通信端口和第二通信端口均可以在其中一个为低电平的时候，使得第一场效应管110导通，来保持同时为低电平的状态；在第一通信端口和第二通信端口中，任意一个端口为高电平或者高阻状态的时候，通过第一场效应管110的截止状态，使得另外一个端口为这个端口所适配的电压下的高电平的状态。可选地，上述实施例中，第一场效应管110的源极和漏极之间连接，其可以是内部连接，也可以是通过外部连接，对此本实施例不做限定。第一场效应管110的源极和漏极通过内部连接时，可以降低外部电路的复杂性，使得电路更为简化，因此成本更低且易于使用；而第一场效应管110的源极和漏极通过外部连接时，可以通过外部的电路设计从而实现不同的功能，进一步优化电路性能，因此灵活性更高。通过在第一电源和第一场效应管110的源极之间设置第一源极上拉电阻120，在第二电源和第一场效应管110的漏极之间设置第一漏极上拉电阻130，从而使得第一电源和第二电源分别钳制在对应的高电平上，使得电路状态匹配。

本实施例中，电平转换电路包括第一电平转换支路，且该第一电平转换电路包括第一场效应管、第一源极上拉电阻和第一漏极上拉电阻。其中，第一场效应管的源极、漏极和栅极，分别与第一通信端口、第二通信端口连接和第一电源，同时，第一场效应管的漏极还与第二电源连接，第一源极上拉电阻的两端，分别与第一场效应管的源极和第一电源连接；第一漏极上拉电阻的两端，分别与第一场效应管的漏极和第二电源连接；第一通信端口和第二通信端口互为收发端口，第一电源和第二电源的输出电压不同。本实施例所提供的电平转换电路，仅通过采用一个场效应管就能够实现：第一通信端口和第二通信端口中任一个为低电平的时候，使得电路导通来保持第一通信端口和第二通信端口同时为低电平；并且在第一通信端口和第二通信端口任意一个为高电平或者高阻状态的时候，通过第一场效应管的截止状态使得电路截止，同时使得另外一个端口为这个端口所适配的电压下的高电平的状态，进而完成电平转换功能。相比传统技术中采用两个三极管级联的方式进行电平转换的电路，本实施例所提供的电平转换电路，极大的减少了电路中关键器件的数量，因此大大降低了电路的成本。同时，由于关键器件的数量减少，其匹配的附属元器件的数量也相应的减少，因此电路的排布和走线的复杂度大大降低，在节约了硬件成本的基础上，还节约了设计成本，同时降低了电路的故障概率，提高了电路的可靠性。并且通过在第一电源和第一场效应管的源极之间设置第一源极上拉电阻，在第二电源和第一场效应管的漏极之间设置第一漏极上拉电阻，从而使得第一电源和第二电源分别钳制在对应的高电平上，使得电路状态更匹配，进一步提高了电平转换电路的稳定性和可靠性。

可选地，在上述图2所示的实施例基础上，上述电平转换电路还可以如图3所示，包括第二电平转换支路200；第二电平转换支路200可以包括第二场效应管210、第二源极上拉电阻220和第二漏极上拉电阻230，第二场效应管210的源极与第三通信端口连接，第二场效应管210的漏极和第四通信端口连接，以及第二场效应管210的栅极和第一电源连接，同时，第二场效应管210的漏极还与第二电源连接。第二源极上拉电阻220的两端，分别与第二场效应管210的源极和第一电源连接，以及第二漏极上拉电阻230的两端，分别与第二场效应管210的漏极和第二电源连接，且第三通信端口和第四通信端口互为收发端口。

需要说明的是，上述第三通信端口和第四通信端口为需要互相通信的收发端口，其中一个为发射端口的时候，另外一个则为接收端口，二者并不限定哪一个为发射端口或者接收端口。可选地，第三通信端口和第四通信端口可以分别为两个器件对应的端口，这两个器件可以为同一个设备上的两个器件，也可以为设置在不同设备上的两个器件，只要是需要进行通信的两个器件即可。其中，第三通信端口和第一通信端口为同一个器件的接收端口和发射端口，即当第一通信端口为接收端口的时候，第三通信端口为发射端口，而当第一通信端口为发射端口的时候，第三通信端口为接收端口；同时，第四通信端口和第二通信端口为同一个器件的接收端口和发射端口，即当第二通信端口为接收端口的时候，第四通信端口为发射端口，而当第二通信端口为发射端口的时候，第四通信端口为接收端口。关于第二电平转换支路的具体实现原理和有益效果可以参见前述图2所示的实施例。本实施例中，由于电平转换电路在包括上述第一电平转换电路的同时，还包括第二电平转换支路，且第二电平转换电路的电路结构和实现原理和第一电平转换电路相同，因此可以应用于具有收发两路的两个器件之间同时满足收发两路的电平转换，使得该电路的使用更加灵活，应用场景更为丰富。并且，本实施例所提供的电平转换电路应用在具有收发两路的两个器件之间时，实现收发两路的电平转换，更大程度地降低了电路的硬件成本和设计成本。

可选地，在上述实施例的基础上，第一源极上拉电阻120和第一漏极上拉电阻130的阻值相同；和/或，第二源极上拉电阻220和第二漏极上拉电阻230的阻值相同。本实施例中，通过将同一个电平转换支路中不同位置的两个上拉电阻设置为相同的阻值，能够有效减少电路中器件的种类，因此无论是在设计过程中还是生产过程中，由于器件种类的减少，因此器件管理更为便利。并且在器件数量不变的情况下减少器件的类别，能够进一步降低采购成本。当然，第二源极上拉电阻210和第一源极上拉电阻110的阻值相同。此时，第一源极上拉电阻120、第一漏极上拉电阻130、第二源极上拉电阻210和第二漏极上拉电阻230的阻值均相同，因此能够更大程度的利于器件管理，以及更大程度的降低采购成本。

可选地，在上述实施例的基础上，第一场效应管110和第二场效应管120为n沟道的场效应管。可选地，上述第一场效应管和第二场效应管也可以为p沟道的场效应管，当第一场效应管或者第二场效应管p沟道场效应管时，外围电路需做适配性的变动；当第一场效应管和第二场效应管采用n沟道场效应管时，由于n沟道场效应管的导通电阻小，成本低，且使用广泛，替代型号多，因此电路成本更低且实现更为方便。

可选地，当上述电平转换电路应用于非开关电路的时候，所述第一电源的第一输出电压低于或等于所述第二电源的第二输出电压。通过将第一电源的第一输出电压低于或等于第二电源的第二输出电压，其能够实现电平转换，从而实现不同电压的器件在通信时的电平匹配，也可以保证电源不会直接作用于器件的输入输出端口，对电路中的器件起到了保护作用，电路的可靠性更高，从而使通信更稳定。

可选地，当上述电平转换电路应用于开关电路的时候，所述第一电源的第一输出电压高于所述第二电源的第二输出电压；或者所述第一电源的第一输出电压低于或等于所述第二电源的第二输出电压。在开关电路中，第一电源的第一输出电压可以高于第二电源的第二输出电压，也可以低于或等于第二电源的第二输出电压，因此能够满足开关电路中的不同电压的适配需求，进而使得该电路的使用场景更为丰富。

可选地，在上述各个实施例的基础上，第一源极上拉电阻120和第一漏极上拉电阻130的阻值通常较大，例如可以为阻值在1k欧姆到10k欧姆之间，均能够实现上拉效果。当第一源极上拉电阻120和第一漏极上拉电阻130的阻值为1k欧姆时，能够实现更好的效果，使得电平转换电路的工作状态更加稳定。可选地，第二源极上拉电阻220和第二漏极上拉电阻230的阻值选取范围可以参照第一源极上拉电阻120和第一漏极上拉电阻130的选取范围。当然，第二源极上拉电阻220和第二漏极上拉电阻230的阻值为1k欧姆时，能够实现更好的上拉效果，使得电平转换电路的工作状态更加稳定。

可选地，所述电平转换电路还可以应用于内部集成电路(inter-integratedcircuit，简称i2c电路)，第一场效应管110的源极与多个电压输出为第一输出电压的串行数据(serialdata，简称sda)端连接，第一场效应管110的漏极与多个电压输出为第二输出电压的sda端连接；第二场效应管210的源极与多个电压输出为第一输出电压的串行时钟(serialclock，scl)端连接，第二场效应管210的漏极与多个电压输出为第二输出电压的scl端连接。本实施例的实现原理可以参见前述图2所示的实施例所述。例如，图4所示的实施例中，以应用在两个第一终端(device1-1和device1-2)和两个第二终端(device2-1和device2-2)为例，并以sda通路上的实现过程为例对本实施例的实现原理进行说明。其中，设低电平为0伏，vdd1为3.3v，vdd2为5v，所有的上拉电阻均用rp表示。具体的，当sda1＝0v时，此时第一场效应管110导通，因此将拉低sda2的电平，那么sda2＝0v；当sda1＝3.3v，此时第一场效应管110截止，sda2被上拉电阻拉高，则sda2＝5v；当sda1为高阻状态的时候，此时第一场效应管110截止，sda2被上拉电阻拉高，则sda2＝5v；当sda2＝0v时，此时第一场效应管110导通，因此将拉低sda1的电平，那么sda1＝0v；当sda2＝5v，此时第一场效应管110截止，sda1被上拉电阻拉高，则sda1＝3.3v；当sda2为高阻状态的时候，此时第一场效应管110截止，sda1被上拉电阻拉高，则sda1＝3.3v。上述vdd1为3.3v，vdd2为5v仅为一种示例，当然还可以是其他电压值，例如vdd1为5v，vdd2为12v等。关于scl通路上的实现原理和技术效果同sda通路相同，因此不再赘述。本实施例中，通过第一场效应管的源极与多个电压输出为第一输出电压的sda端连接，第一场效应管的漏极与多个电压输出为第二输出电压的sda端连接；第二场效应管的源极与多个电压输出为第一输出电压的scl端连接，第二场效应管的漏极与多个电压输出为第二输出电压的scl端连接，进而使得i2c电路实现了电平转换，其适用范围更广，且多个器件或者终端的多个电平转换可以通过上述一个电平转换电路实现，其进一步地降低了电路的硬件成本。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。