¿Cómo funciona un cambiador de nivel bidireccional?

Tengo el siguiente circuito con un NPN HEXFET Q1 (BS170)Circuito

Corrígeme si estoy equivocado:

Cuando el microcontrolador TX-3V3 es, 3.3Vpor ejemplo, un 1 lógico, el TX-5V es un 1 lógico. Esto se debe a que la puerta de Q1 está CERRADA cuando V GRAMO S es mayor que 0, y OPEN cuando no lo es. Así que ahora mismo está ABIERTO desde V GRAMO S = 0 .

Pregunta:

Me confundo cuando el microcontrolador TX-3V3 es 0V, es decir, 0 lógico. Sé por mis mediciones que el resultado es que el TX-5V es 0 en este caso. no entiendo porque

Diría que la puerta de Q1 está cerrada, ya que V GRAMO S ≈ 3.3 V . Posibles escenarios en los que puedo pensar, corríjame donde mi proceso de pensamiento es incorrecto, quiero saber mis errores :

  • El TX-5V tiene impedancia, y dado que la corriente toma el camino de menor resistencia, supongo que la corriente proveniente del suministro de 5V fluirá hacia el TX-3V3. Sin embargo, entonces ¿qué sucede? Siempre pienso en la corriente como canicas moviéndose a través de un tubo. Dado que el TX-3V3 es un 0, ¿hacia dónde fluirán las canicas? No hay conexión a tierra...
  • Otra de mis conjeturas es que el voltaje a través de la resistencia R2 será de 5 V, por lo que el potencial que queda en el TX-5V es de 0 V. Sin embargo, en este escenario todavía no hay terreno. Entonces, ¿a dónde puede ir la corriente? Responda esta pregunta: dado que la corriente no tiene a dónde ir, ¿significa esto que no hay voltaje en R2?

Según la asignación, el TX-5V también puede controlar el '1' o el '0' lógico del TX-3V3. ¿Alguno de ustedes puede explicar el escenario donde el TX-3V3 es 0V y el TX-5V es 5V? ¿Cómo podrá el TX-5 controlar al TX-3V3, como el TX-3V3 controla al TX-5?

Este circuito se describe con cierto detalle aquí [Editado por un moderador para señalar la copia de Internet Archive de la nota de aplicación de NXP debido a la rotura del enlace].

Respuestas (3)

Cuando la entrada de 3,3 V se reduce a 0 V, la fuente está a 0 V, la puerta está a 3,3 V y el MOSFET está (más o menos para esta parte en particular) 'encendido'.

Por lo tanto, el controlador para el TX-3.3V absorbe la corriente de R1 y R2 y la salida va ligeramente por encima del voltaje de entrada (porque Rds (encendido)> 0 y algo de corriente pasa por R2).

Si baja la salida del TX-5V, entonces el diodo del cuerpo del MOSFET conduce y lleva la entrada del TX-3.3V (y la fuente del MOSFET) al nivel bajo del TX-5V más 0.6V más o menos. Si el MOSFET tiene un voltaje de umbral lo suficientemente bajo, el canal conduce reduciendo aún más el voltaje de la fuente y la situación es la misma que con el otro lado (el canal MOSFET conducirá en cualquier dirección).

Sin hacer una evaluación detallada, creo que este MOSFET de canal n en particular es bastante marginal; sugiero elegir algo con un Vgs (th) más bajo garantizado a 1 mA, algo más como el BSS138.

¿Qué es un diodo de cuerpo?
El diodo del cuerpo (que se muestra como un zener en el símbolo esquemático) es parte de la estructura MOSFET y actúa como un diodo que conduce si el drenaje se vuelve mucho más negativo que la fuente. Imagine un 1N4148 interno conectado de drenaje a fuente.
@ user1534664 Más sobre el diodo del cuerpo MOSFET aquí .
@SpehroPefhany Entonces, si el drenaje es mucho más negativo que la fuente, el diodo conduce. Pero si el drenaje es 0V, ¿cómo es que es más negativo que la fuente que es 0V por defecto?
¿Es correcto el texto que escribí en mi pregunta anterior "Pregunta:"? Me estoy confundiendo ahora, ya que pensé que la puerta dependía de V_GS y ahora me estás diciendo que depende del diodo del cuerpo.
El diodo del cuerpo entra en juego cuando la línea TX-5V baja de 5V. El otro lado estaba a 3,3 V (por lo tanto, +3,3 en la fuente, +5 en el drenaje, diodo del cuerpo polarizado inversamente). Ahora baje la línea TX-5V. 0 V en el drenaje, la fuente subió a 3,3 a través de R1. el diodo del cuerpo conduce y es de 0,6 V en el TX-3.3, el MOSFET se enciende y lo arrastra hacia abajo el resto del camino.
@ user1534664 El diodo del cuerpo entra en juego solo en la segunda parte de su pregunta. "¿Cómo podrá el TX-5 controlar al TX-3V3".
@SpehroPefhany Pregunta tonta... ¿Qué quieres decir con 'derribado'? ¿Quiere decir que el microcontrolador está programado para poner la línea TX-5V en baja, verdad? ¿Y el otro lado no es siempre 0 por defecto?
Solo se puede controlar un lado a la vez (entrada alta, baja o Z alta). Ambas pueden ser entradas. Así que 5 combinaciones permitidas. El MOSFET solo está encendido si una entrada está baja. De lo contrario, está apagado y ambos lados están altos.
En realidad, es muy posible que ambos lados se hundan al mismo tiempo. Tal sería el caso en un bus I2C donde un cambiador de nivel como este se usa comúnmente entre un dispositivo de 3.3V y un bus de 5V. Si el lado maestro mantiene SCL bajo, el esclavo también puede conducir SCL bajo en lo que se conoce como "estiramiento del reloj".

Esto es tan simple como puedo imaginarlo.

Pase lo que pase, la puerta siempre está a más de 3,3 voltios. Cuando TX-3V3llega a cero, V GS es +3.3 - 0 haciendo que el interruptor se cierre y arrastrando el voltaje a TX-5Vcero también.

Cuando la entrada en cualquier lado es alta, no pasa nada y ambos lados son altos.

MOSFET Q1 conduce (desde el drenaje hasta la fuente) solo cuando el voltaje de la puerta es 3,3 voltios más alto que el voltaje de la fuente. En este caso particular, esto solo sucede cuando la terminal de origen está en un CERO LÓGICO. Una vez que se activa el MOSFET, el voltaje en el drenaje también se convertirá en un nivel LÓGICO CERO porque el MOSFET está conduciendo desde el drenaje a la fuente. Por otro lado, si la fuente se convierte en UNO LÓGICO, el MOSFET ingresa a la ZONA NO CONDUCTORA y el drenaje también se convertirá en UNO LÓGICO debido a la resistencia pull-up.

Para que este circuito funcione, el circuito que controla la señal de la FUENTE debe ser capaz de absorber la corriente derivada de ambas resistencias, por lo que sus valores deben ser lo suficientemente altos como para no sobrecargar la puerta que controla la señal de la fuente y lo suficientemente bajos para mantener el MOSFET funcionando y para evitar conflictos de ruido eléctrico asociados con resistencias de alto valor de resistencia.

¿Cómo funciona un cambiador de nivel bidireccional?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v