Bidirektionaler Pegelwandler
Warum ein bidirektionaler Pegelwandler?
Die digitalen Geräte werden immer kleiner, schneller und effizienter. Zur herkömmlichen 5V-Logik gesellen sich immer niedrigere Spannungsstandards wie 3,3 V, 2,5 V, 1,8 V und niedrigere, sodass eine Methodik erforderlich ist, die eine zuverlässige und effiziente Kommunikation zwischen nicht aufeinander abgestimmten Systemen ermöglicht. Die Entwickler müssen sicherstellen, dass eine logische 1 oder eine logische 0 auf diesen Plattformen in sicher Weise erreicht werden kann.
Die Übersetzung/Isolierung zwischen binären oder zweistufigen Logikspannungen fordert ein vorhersehbares Schaltungsverhalten. Manche denken vielleicht, dass ein 3,3V-Signal an einem 5V-Pin „funktionieren sollte“, aber das ist nicht immer und unter allen Bedingungen der Fall. Umgekehrt funktionieren 5 V an einem 3,3V- und 5V-toleranten Pin in den meisten Fällen, aber diese Methode ist teurer, da zusätzliche Bauteile benötigt werden und die überschüssige Spannung in einigen Fällen „abgebaut“ werden muss.
Doch es gibt Alternativen
Aktive Übersetzer/Pegelwandler-Bausteine lösen gängige Übersetzungsprobleme. Sie können sogar zusätzliche nützliche Funktionen wie Invertierung, Gegentaktausgang, Tri-State- oder Differenzfunktionalität bieten. Aber wie wäre es mit etwas weniger Komplexem, das breitere logische Spannungspegel und bidirektionale Kommunikation ermöglicht? Ein diskreter, kompakter MOSFET kann die Übersetzung mit hoher Frequenz und Effizienz durchführen. Die Pegelwandlung für die Kommunikation wie I²C und die direkte Verbindung von GPIO-Pin zu Pin wird mit diesen preiswerten Halbleitern und einigen zusätzlichen passiven Bauelementen erreicht. Bei richtiger Auswahl der MOSFETs sind höhere Logikspannungen wie 12 V oder 18 V möglich, die z.B. auch für die Überwachung von Automobilschaltungen verwendet werden können.
Um mehr über die bidirektionalen Pegelwandler zu erfahren, bieten mehrere Hersteller Entwicklungsboards an, die mit MOSFETs oder Logikübersetzungsbausteinen sowie den erforderlichen passiven Peripheriekomponenten bestückt sind, um einen schnellen Anschluss und Experimente zu ermöglichen.
Fazit
Ein richtig gewählter MOSFET und Pull-up-Widerstand sind der Schlüssel zum Erfolg. Es ist eine einfache, aber effektive Methode der Logikwandlung. Typische Gerätedatenblätter enthalten die für Experimente erforderlichen Informationen. Pull-up-Widerstände für den BS170 im Bereich von 4,7 Kiloohm bis 10 Kiloohm dürften in den meisten Fällen gut funktionieren.
