BMS上面的数字电平转换电路
这次想总结一下电平转换电路这一块，可能这块知识点大家觉得比较简单哈。
首先为什么要进行电平转换呢？最常遇到的问题就是电平高低不匹配，例如3.3V与5V，3.3V与1.8V；例如有的MCU的IO口供电最高只能到3.3V，像SoC这种类型的芯片，甚至IO口还存在1.8V供电的情况，那么MCU与外设之间的IO交互就需要做电平转换。（下图来自于TI官网）
具体到BMS上面，像RESET信号、WAKEUP信号、EN使能信号、甚至是SPI等通信信号都可能存在电平不匹配的状态；对于高速通信信号，还是建议选用电平转换芯片（下图来自TI官网），选型也很容易找到，就是现在可能供货不太好，哈哈。
先展开一个知识点，学习一下MCU内部的GPIO结构，即数字输入与输出的内部电路；下图来自于ST官网，描述的是STM32系列MCU的GPIO内部结构，可以看到外部的I/O pin在其内部分成了两条支路，一条连接至输入电路，另一条连接至输出电路。（我本来想用BMS常见的MCU型号来举例，但其规格书对内部I/O电路描述得都太清晰）
针对输入电路，如下图（图片来源于ST官网），它内部可以配置成三种输入模式：上拉、下拉以及悬空（高阻）。其中上下拉电阻是固定阻值的，这是指通过软件可配置的情况；另外，在上电复位后GPIO也会有一个初始默认状态，我遇到的很多MCU上电复位后初始默认状态是高阻输入，但确实也有上电复位后默认状态为输入下拉的，这些细节需要留意。
对于输出电路，如下图（图片来源于ST官网），主要分为推挽输出与OD输出两种，这个大家应该也熟悉，这两种也是可配置的；OD输出用于一些特定场合，例如IIC的SDA信号就是OD输出，它是为了避免总线竞争，其他场景还有就是为了做电平兼容使用。
接下来继续前面的话题，最常被举例的一个电平转换电路如下图所示：这个一般被用在IIC的SDA数据线上，实现双向通信+电平转换，其两边的I/O都是OD输出、高阻输入，具体工作原理大家可以自己分析一下，要求NMOS选择低门限电压的，有的时候还需要并联一个肖特基二极管来降低导通压降；这个电路特点是两边默认高电平，可以用在低有效的电路。
换一个电路如下图所示，这个电路也比较常见，使用两个NMOS做电平转换，因为一个MOS只能做反向，两个MOS就又变成了同向；此电路是高电平有效，默认输出低电平。
下图这个电路使用了一个PMOS、一个NMOS，也是同向的输出；此电路是高电平有效，默认状态是低电平。
最后再看下这个电路如下图，也是由一个NMOS和一个PMOS组成，同向输出；它是低电平有效电路，默认状态是高电平。
上面三个电路大家可以使用三极管替代，逻辑是相同的，但是因为三极管是电流型驱动，需要做电阻匹配，让其工作在饱和或截止状态；另外，三极管可以使用更低的电压来做驱动，例如1.8V，只要满足导通电压即可，而使用1.8V驱动MOS管，需要找很低门限的型号；最后，还要留意与MCU输入、输出电路的兼容匹配。 著作权归作者所有，欢迎分享，未经许可，不得转载
首次发布时间：2023-08-26
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