BMS上面的數(shù)字電平轉(zhuǎn)換電路

不間斷持續(xù)奮戰(zhàn)了三周，工作也有了階段性的交付物，可以暫時空出一段時間思考與學(xué)習(xí)了；這段時間還是收獲很多的，有些地方需要實際體驗才能收獲知識。

這次想總結(jié)一下電平轉(zhuǎn)換電路這一塊，可能這塊知識點大家覺得比較簡單哈。

首先為什么要進行電平轉(zhuǎn)換呢？最常遇到的問題就是電平高低不匹配，例如3.3V與5V，3.3V與1.8V；例如有的MCU的IO口供電最高只能到3.3V，像SoC這種類型的芯片，甚至IO口還存在1.8V供電的情況，那么MCU與外設(shè)之間的IO交互就需要做電平轉(zhuǎn)換。（下圖來自于TI官網(wǎng)）

具體到BMS上面，像RESET信號、WAKEUP信號、EN使能信號、甚至是SPI等通信信號都可能存在電平不匹配的狀態(tài)；對于高速通信信號，還是建議選用電平轉(zhuǎn)換芯片（下圖來自TI官網(wǎng)），選型也很容易找到，就是現(xiàn)在可能供貨不太好，哈哈。

先展開一個知識點，學(xué)習(xí)一下MCU內(nèi)部的GPIO結(jié)構(gòu)，即數(shù)字輸入與輸出的內(nèi)部電路；下圖來自于ST官網(wǎng)，描述的是STM32系列MCU的GPIO內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以看到外部的I/O pin在其內(nèi)部分成了兩條支路，一條連接至輸入電路，另一條連接至輸出電路。（我本來想用BMS常見的MCU型號來舉例，但其規(guī)格書對內(nèi)部I/O電路描述得都太清晰）

針對輸入電路，如下圖（圖片來源于ST官網(wǎng)），它內(nèi)部可以配置成三種輸入模式：上拉、下拉以及懸空（高阻）。其中上下拉電阻是固定阻值的，這是指通過軟件可配置的情況；另外，在上電復(fù)位后GPIO也會有一個初始默認狀態(tài)，我遇到的很多MCU上電復(fù)位后初始默認狀態(tài)是高阻輸入，但確實也有上電復(fù)位后默認狀態(tài)為輸入下拉的，這些細節(jié)需要留意。

對于輸出電路，如下圖（圖片來源于ST官網(wǎng)），主要分為推挽輸出與OD輸出兩種，這個大家應(yīng)該也熟悉，這兩種也是可配置的；OD輸出用于一些特定場合，例如IIC的SDA信號就是OD輸出，它是為了避免總線競爭，其他場景還有就是為了做電平兼容使用。

接下來繼續(xù)前面的話題，最常被舉例的一個電平轉(zhuǎn)換電路如下圖所示：這個一般被用在IIC的SDA數(shù)據(jù)線上，實現(xiàn)雙向通信+電平轉(zhuǎn)換，其兩邊的I/O都是OD輸出、高阻輸入，具體工作原理大家可以自己分析一下，要求NMOS選擇低門限電壓的，有的時候還需要并聯(lián)一個肖特基二極管來降低導(dǎo)通壓降；這個電路特點是兩邊默認高電平，可以用在低有效的電路。

換一個電路如下圖所示，這個電路也比較常見，使用兩個NMOS做電平轉(zhuǎn)換，因為一個MOS只能做反向，兩個MOS就又變成了同向；此電路是高電平有效，默認輸出低電平。

下圖這個電路使用了一個PMOS、一個NMOS，也是同向的輸出；此電路是高電平有效，默認狀態(tài)是低電平。

最后再看下這個電路如下圖，也是由一個NMOS和一個PMOS組成，同向輸出；它是低電平有效電路，默認狀態(tài)是高電平。

上面三個電路大家可以使用三極管替代，邏輯是相同的，但是因為三極管是電流型驅(qū)動，需要做電阻匹配，讓其工作在飽和或截止狀態(tài)；另外，三極管可以使用更低的電壓來做驅(qū)動，例如1.8V，只要滿足導(dǎo)通電壓即可，而使用1.8V驅(qū)動MOS管，需要找很低門限的型號；最后，還要留意與MCU輸入、輸出電路的兼容匹配。

總結(jié)：最近氣溫明顯升高了，春天來了；以上所有，僅供參考。