为数字 I/O 升压 3.3V 至 5V

电器工程 电平转换 促进 逻辑级
2022-01-16 06:26:35

我通常在我的项目中使用 Arduino,因为它具有 5V 输入和输出,并且具有 5V Vin,因此在与 5V 组件接口时使生活变得非常容易。对于这个项目,我想使用 Raspberry Pi,因为我想将它连接到显示器。Pi 由 5V 供电,所以这很容易。然而,它有 3.3VI/O 引脚,我想要连接的设备是 5V。

我有一个带有 5V 输入引脚的设备,需要将其驱动至 5V。该器件有一个 5V 输出引脚,该器件在输出时驱动至 5V。

我之前在 5V 和 3.3V 设备之间进行了双向转换,但那是使用低电平有效的逻辑电平转换器。该电路是具有晶体管和二极管以及两个上拉电阻的典型电路。此应用程序需要高电平有效。幸运的是,这个项目不需要双向 I/O。

对于 5V 至 3.3V 方向,粗分压器将起作用。

然而,对于 3.3V 到 5V 的方向,我不知道一个简单的解决方案。我做了一些搜索,似乎有升压转换器(DC-DC 升压转换器),但要从分立元件构建它们,我需要构建一个 PWM 电路来驱动开关。

我只是想知道是否有更简单的方法来实现这一点,其复杂性与有源低逻辑电平转换器相当。

1个回答

由于 Dave Tweed 指出了另一个答案中的缺陷,我基本上已经复制了我对单晶体管电平上移器的答案......还要注意 Nicolas D 在问题中的有趣解决方案。

我有一些解决方案(Microchip HERE提供的一些解决方案):

  1. 直接连接:如果 3.3V 逻辑的 Voh(高电平输出电压)大于 Vih(高电平输入电压),您只需要直接连接即可。(本方案还要求3.3V输出的Vol(低电平输出电压)小于5V输入的Vil(低电平输入电压))。由于余量不足,该解决方案经常被拒绝。
  2. 如果以上条件都比较接近,通常可以用上拉电阻将高电平输出电压略微提升(至 3.3V)并直接连接信号。
  3. 上拉电阻可以提供少量的高电平电压升高。更多信息,您可以使用二极管和上拉至 5V。所示电路不会上拉清除至 5V,但它会将高电平输入电压增加到 5V 逻辑一个二极管电压降的量(约 0.7v)。使用这种方法必须小心,您仍然有一个有效的低电平,因为它也由一个二极管压降升高。肖特基二极管可用于轻微增加高电平电压,同时最大限度地减少不希望的低电平电压增加。有关此电路的更多信息,请参阅上述应用说明:

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

  1. 如果您可以处理逻辑反转(并且不需要有源上拉),则可以使用 mosfet 和上拉电阻:

示意图

模拟这个电路

  1. 还有许多逻辑 IC 解决方案,例如74 AHCT(高级高速 CMOS,TTL 兼容)系列逻辑系列。好的选择可能是同相缓冲器 74AHCT125,或六角施密特触发器反相器 74AHCT14。这两种都很便宜,而且很容易买到。这些 IC 可能受益于去耦电容器,尤其是对于快速变化的信号。