1. 背景
1.1 MOSレベル変換回路
MOS ベースのレベル変換回路は誰もがよく知っており、インターネット上で多数見つけることができますが、基本的なモデルは次のとおりです。
1.2 基本原則
1. AからBへ
Aがハイレベルの時、Bは入力となり、この時ハイインピーダンス状態となり、MOS管はオフとなり、B端子はプルアップされてハイレベルを出力します。
Aがローレベルのとき、MOS管内のボディダイオードがオンし、MOS管のS極がプルダウンされますが、ボディダイオードの電圧降下が一般的に0.7Vであることを考慮すると、Vgs=3.3V-0.7Vとなります。 =2.6V、Vgs=2.6V>Vgs(th) の場合、MOS トランジスタがオンになり、B 端子が Low になり、出力が Low になります (MOS トランジスタの導通閾値電圧は 2.6V 未満である必要があります) )
Aがハイインピーダンス状態になるとMOS管がオフとなり、B端子がプルアップされてハイレベルを出力します。
2.BからAへ
Bがハイレベルのとき、MOS管はオフになり、A端子はプルアップされてハイレベルを出力します。
B がローレベル、Vgs=3.3V>Vgs(th) の場合、MOS 管がオンになり、A 端子がローレベルになり、出力はローレベルになります。
Bがハイインピーダンス状態になるとMOS管がオフとなり、A端子がプルアップされてハイレベルを出力します。
2. 実用化
2.1 実際の回路の問題点
以下のように回路を設計します。基本的な考え方は下図の通りで、一見問題ありません。
実際のテストでは、モジュールの A 端子をハイインピーダンス状態に構成した場合、モジュールの A 端子と B 端子のローレベルが異常であることがわかり、測定値は次のとおりです。レベルが0.7V、B端子レベルが0.5V モジュールAが出力に設定されているのですが、出力が低いのですが、なぜ異常なのでしょうか？
2.2 分析
(1) モジュール A を取り外し、MOS チューブの端子 2 と端子 3 の電圧を測定します: それぞれ 0.68V と 0.49V この結果は上記のテスト現象と一致します。
(2) 再度モジュールBを外し、MOS管の端子2、端子3の電圧を測定すると、それぞれ1.8V、3.3Vとなり、理論解析結果と同じでした。
(3) モジュール A を接続し、モジュール A を取り外し、MOS 管の端子 2 と端子 3 の電圧を測定します: それぞれ 1.8V と 3.3V。セクション 2.1 の問題は存在しません。
分析: セクション 2.1 の問題の根本原因はモジュール B によって引き起こされます。以下に示すように:
a モジュール B には電流入力があり、端子 3 の電圧が 0.5V である場合、R1047 の電流は 0.28mA になります。このとき、MOS チューブ Vgs=1.3V、マニュアルを確認してください、開放電圧のしきい値は 0.8 です。 V~1.4V; このとき、Vds 電圧は0.2V、Vds<Vgs-Vgs(th) このとき、MOSは可変抵抗領域にあります。
b 現時点では、Ron 抵抗の計算はマニュアルの計算を参照することはできませんが、次の式に従って計算できます。
マニュアルの図も参照してください。Ron値は約20Ω、電流は約10mAと推定されます。
c 上記の説明によれば、モジュール B には内部プルダウンが必要であり、流入電流は 0.28+10 =10.28mA であるため、モジュール B のプルダウン抵抗は次のようになります: Rpd = 0.5V/10.28mA = 48.6Ω。したがって、このプルダウン抵抗の存在により、モジュールA端子がハイインピーダンス状態の場合、モジュールB端子の電源は0.5Vとなります。
3. まとめ
(1) モジュール A がハイ インピーダンス状態の場合、モジュール B の状態は判断できません。これは想像上のハイ レベルではなく、モジュール B のプルアップおよびプルダウンに関係します。ハイ レベルは避けてください。 - 設計時のモジュール A またはモジュール B のインピーダンス レベル出力の異常を引き起こすインピーダンス状態、特にリセット信号には特別な注意が必要です。
(2) モジュール B がローレベルのとき、MOS 管 2 と 3 の電圧差は非常に小さく、電圧降下は非常に小さいため、3 端子の B 端子に電流は流れません。電圧降下は 48.6Ωx0.28mA = 13mV、測定値は 17mV で、分析と一致しています。