歡迎關注【玩轉單片機與嵌入式】公號，回覆關鍵字獲取更多免費視頻和資料。回覆【加群】，【單片機】、【STM32】、【硬件知識】、【硬件設計】、【經典電路】、【論文】、【畢業設計】、【3D封裝庫】、【PCB】、【電容】、【TVS】、【阻抗匹配】、【資料】、【終端電阻】、【Keil】、【485】、【CAN】、【振盪器】、[USBCAN]、【PCB】、【智能手環】、【智能家居】、【智能小車】、【555】、【I2C】、【華為】、【中興】，等……
本文我們講一下如果將5V系統的輸出接到3.3V系統的輸入。本文重點講解16種方法，統計如下：-
直接連接（警告：僅使用 5V 容限輸入!!!）
-
串聯電阻器。
-
串聯電阻器具有外部肖特基二極管箝位，朝向3.3V線路。
帶上拉電阻的串聯二極管。
-
帶有源鉗位的串聯電阻器。
-
電阻和齊納二極管。
-
電阻分壓器。
-
BJT/MOSFET 作為逆變器。
-
兩個級聯雙極型晶體管/MOSFET 作為緩衝器。
-
漏極/集電極開路輸出上的上拉電阻。
-
增加具有漏極/集電極開路輸出的 5V 供電邏輯 IC（緩衝器、柵極等）。
-
增加具有 5V 容限輸入的 3.3V 供電邏輯 IC（緩衝器、柵極等）。
-
系列 MOSFET（通用柵極配置）。
-
雙極型晶體管系列（通用底座配置）。
-
電平轉換器。
-
光耦合器
1、直接連接（僅限於5V容限輸入）
最簡單的方法是直接連接。
優勢：
-
沒有額外的成本或空間
-
最快的解決方案
劣勢：
-
僅適用於 5V 容限器件
2、串聯電阻器
將5V連接至3.3V系統的第二種最簡單方法是使用串聯電阻。
當5V信號通過電阻饋送到輸入端時，二極管將導通：電阻限制流入引腳的電流，保護輸入。進入引腳的最大電流有時會在數據表中註明，並且應保持較低水平，原因有兩個：
- 除了漏電流外，沒有電流會流入引腳。由於閂鎖現象，可能會發生損壞。
- 流入輸入引腳的電流將從VDD引腳流出！如果這樣的電流太大，可能會增加整個系統的VDD電壓，破壞IC。如果系統的電流消耗大於流入PIN的電流，那麼應該沒有問題。否則，建議在VDD，3.3V和GND之間放置一個虛擬負載。負載的值應使其至少吸附流入所有輸入的電流。
優勢：
-
簡單的解決方案：每個輸入引腳只有一個電阻。
劣勢：
-
高功率使用率（使用低值電阻器）或低帶寬（高值電阻器）。
-
輸出過載（使用低值電阻器）
-
進入輸入端的電流可能會導致鎖存。
如果 3.3V 系統具有非常低的最小電流消耗，則需要在 3.3V 電源上使用一個外部負載電阻器。
-
3.3V電源上可能由於電流注入而產生噪聲。
-
3.3V輸入必須具有高阻抗（小輸入洩漏，如CMOS）。
3、串聯電阻器，帶有朝向 3.3V線路的外部肖特基二極管箝位
該電路與以前的解決方案類似，但可以實現更快的速度，因為大部分電流將由肖特基二極管承載，而不是保護二極管。這仍然有將電流饋送到VDD，3.3V線的缺點。因此，系統必須“消耗”這種電流，如前一種情況所示。
優勢：
-
可實現更大的帶寬。
-
注入輸入引腳的電流可忽略不計。
劣勢：
-
每個輸入需要兩個元件（電阻和肖特基二極管）。
-
高功率使用率（使用低值電阻器）或低帶寬（高值電阻器）。
-
輸出過載（使用低值電阻器）
-
如果 3.3V 系統具有非常低的最小電流消耗，則需要在 3.3V 電源上使用一個外部負載電阻器。
-
3.3V電源上可能由於電流注入而產生噪聲。
-
還必須考慮二極管的電容。
-
3.3V輸入必須具有高阻抗（小輸入洩漏，如CMOS）。
4、帶有源鉗位的串聯電阻器。
與其將輸入電流重定向到VDD，3.3V，不如將其耗散到地，這樣就不會發生VDD，3.3V電平變化。
另一個問題是，在某些IC上，當輸入端的值比3.3V電平低至0.35V時，它們的保護二極管開始導通。在這種情況下，BJT基極不應連接到3.3V，而應連接到稍小的電壓（如果系統上可用）。
優勢：
-
可實現更大的帶寬。
-
注入3.3V電源線的電流非常小。
-
小電流注入輸入引腳。
劣勢：
-
每個輸入需要兩個元件（電阻和雙極型晶體管）。
-
高功率使用率（使用低值電阻器）或低帶寬（高值電阻器）。
-
輸出過載（使用低值電阻器）
-
如果3.3V系統具有極低的最小電流消耗，則仍可能需要在3.3V電源上使用外部負載電阻。
-
由於電流注入3.3V電源，3.3V電源上仍可能存在噪聲。
-
在某些情況下，可能需要另一個電源（低於3.3V）將電壓箝位到輸入保護二極管的導通電壓以下。
-
BJT的電容仍然必須考慮在內。
-
3.3V輸入必須具有高阻抗（小輸入洩漏，如CMOS）。
-
箝位電壓可能過高（約3.9V）。可能需要另一個電壓源（小於3.3V）。
5、電阻器和齊納二極管
我們可以不使用BJT，而是使用齊納二極管，它將電壓削波到Vz值。問題在於，低值齊納二極管具有相當大的動態電阻，並且必須有大電流流入齊納二極管，才能實際顯示Vz值（幾mA）。
優勢：
-
帶寬類似於肖特基或有源箝位解決方案，因為可以使用低值電阻。
-
沒有電流注入3.3V電源線。
-
沒有電流注入輸入引腳。
-
比BJT或肖特基的成本更低。
-
箝位電壓可以低於BJT。
劣勢：
-
每個輸入需要兩個元件（電阻和齊納二極管）。
-
高功率使用率（使用低值電阻器）或低帶寬（高值電阻器）。
-
輸出過載（使用低值電阻器）
-
還必須考慮二極管的電容。
-
輸出電壓並不精確，因為一些低值齊納二極管的動態電阻非常差。
-
3.3V輸入必須具有高阻抗（小輸入洩漏，如CMOS）。
6、帶上拉電阻的串聯二極管。
如果您的3.3V系統接受高達0.7V的低電平輸入電壓，則可以使用普通的1N4148二極管，如下所示。如果您想要更大的噪聲裕量（或者如果只是0.7V太高），請改用肖特基二極管。工作原理很簡單：當5V系統輸出5V時，二極管反極化，因此是開路的。3.3V系統的輸入通過R1被上拉至3.3V。然後5V系統輸出0V，二極管正向偏置，因此3.3V輸入端的電壓將是二極管的正向壓降：硅二極管約為0.6-0.7V，肖特基二極管約為0.35V。切記使用快速信號二極管！（即不要使用1N4007！）
優勢：
-
帶寬類似於肖特基箝位解決方案，因為可以使用低值上拉電阻。
-
沒有電流注入3.3V電源線。
-
沒有電流注入輸入引腳。
劣勢：
-
每個輸入需要兩個元件（電阻和二極管）。
-
高功率使用率（使用低值電阻器）或低帶寬（高值電阻器）。
-
輸出過載（使用低值電阻器）
-
還必須考慮二極管的電容。
-
低電平輸出電壓是二極管的正向壓降。
-
3.3V輸入必須具有高阻抗（小輸入洩漏，如CMOS）。
7、電阻分壓器
降低5V電壓的一種簡單方法是通過電阻分壓器！
優勢：
-
相對於其他系統（直接連接除外）而言，在相同消耗（或相同帶寬下消耗較小）的帶寬更好。
-
沒有電流注入3.3V電源線。
-
沒有電流注入輸入引腳。
-
成本低於 BJT、肖特基或齊納。
-
對稱上升/下降時間。
劣勢：
-
每個輸入需要兩個元件（兩個電阻）。
-
高功率使用率（使用低值電阻）或低帶寬（高值電阻）。
-
輸出過載（使用低值電阻器）
-
3.3V輸入必須具有高阻抗（小輸入洩漏，如CMOS）。
8、雙極型晶體管/MOSFET 作為逆變器
如果您可以接收反相信號，則可以使用BJT或MOSFET。帶寬主要由上拉電阻和寄生電容（必須包括BJT/MOSFET的電容！）決定。優勢：
-
沒有電流注入3.3V電源線。
-
無輸出過載。
-
沒有電流注入輸入引腳。
劣勢：
-
每個輸入需要兩個或三個元件（BJT/MOSFET和一個或兩個電阻器）。
-
高功耗（使用低值上拉電阻）
反轉輸出！
-
3.3V輸入必須具有高阻抗（小輸入洩漏，如CMOS）。
9、兩個級聯的雙極型晶體管/MOSFET作為緩衝器。
您可以級聯兩個以前的 BJT/MOSFET 電阻器逆變器。這樣，輸出就不會反轉。
優勢：
-
沒有電流注入3.3V電源線。
-
無輸出過載。
-
沒有電流注入輸入引腳。
-
邏輯電平不會反轉。
劣勢：
-
需要很多組件！
-
高功耗（使用低值上拉電阻）
-
3.3V輸入必須具有高阻抗（小輸入洩漏，如CMOS）。
-
與前一種情況相比，帶寬較小，因為兩級級聯。
10、開漏/耦合器輸出端上的上拉電阻
僅當輸出為集電極/漏極開路時，此方法才有效。
優勢：
-
需要單個電阻器。
-
沒有電流注入引腳。
-
沒有電流注入3.3V線路。
劣勢：
-
高功率使用率（使用低值電阻器）或低帶寬（高值電阻器）。
-
3.3V輸入必須具有高阻抗（小輸入洩漏，如CMOS）。
11、邏輯IC（緩衝器、柵極等），具有漏極開路/集電極輸出。
您可以連接漏極開路/集電極緩衝器/柵極IC，外加一個上拉電阻，如下所示。緩衝器/柵極由5V供電，因此可接受5V。
優勢：
-
沒有電流注入引腳。
-
沒有電流注入3.3V線路。
劣勢：
-
高功率使用率（使用低值電阻器）或低帶寬（高值電阻器）。
-
該解決方案需要一個緩衝器和一個電阻器。
-
3.3V輸入必須具有高阻抗（小輸入洩漏，如CMOS）。
12、增加具有 5V 容限輸入的 3.3V 供電邏輯 IC（緩衝器、柵極等）
您可以連接一個 5V 容限 IC，供電電壓為 3.3V，例如 SN74LV1T34。
優勢：
-
沒有電流注入引腳。
-
沒有電流注入3.3V線路。
-
低功耗。
-
快。
-
高噪聲裕量。
劣勢：
-
成本和空間
13、MOSFET 系列（通用柵極配置）
我們可以使用公共柵極配置，而不是在公共源配置中使用MOSFET。MOSFET實際上將是串聯的。MOSFET 必須是 2.5V 邏輯電平 MOSFET，否則將無法工作。
優勢：
-
沒有電流注入3.3V電源線。
-
沒有電流注入輸入引腳。
-
非反相輸出。
-
可以是雙向的。
劣勢：
-
每個輸入需要兩個元件（MOSFET和一個電阻器）。
-
高功耗（使用低值上拉電阻）
-
輸出過載（使用低值上拉電阻）
-
還必須考慮MOSFET的電容。
-
需要一個 2.5V 邏輯電平 MOSFET。
-
3.3V輸入必須具有高阻抗（小輸入洩漏，如CMOS）。
14、雙極型晶體管系列（通用底座配置）
也可以使用BJT，但發射器必須在5V側（MOSFET的源極是在3.3V側！
優勢：
-
沒有電流注入3.3V電源線。
-
沒有電流注入輸入引腳。
-
非反相輸出。
劣勢：
-
每個輸入需要三個元件（BJT和兩個電阻）。
-
高功耗（使用低值上拉電阻）
-
輸出過載（使用低值上拉電阻）
-
BJT的電容仍然必須考慮在內。
-
VCE，sat被添加到低值輸出中。
-
3.3V輸入必須具有高阻抗（小輸入洩漏，如CMOS）。
15、電平轉換器
為了實現最快的速度、最低的功耗和更好的信號電平，您可以使用電平轉換器 IC，如 74LVC8T245（8 位）或 74LVC1T45（1 位）。然而，它們成本很高，佔用空間，並且需要另外兩個去耦電容（原理圖中未顯示）。通常，電平轉換器具有不同數量的輸入/輸出，它們也可以是雙向的（由數據方向控制或自動控制）。
優勢：
-
沒有電流注入3.3V電源線。
-
沒有電流注入輸入引腳。
-
非反相輸出（也有反相轉換器）。
-
無輸出過載。
-
非常高的帶寬。
-
良好的信號水平。
-
收發器的輸出也可以加載。
-
靜態功耗可忽略不計。
劣勢：
-
成本（電平轉換器比一對電阻器或MOSFET/二極管貴得多）。
-
所需的空間（特別是在需要很少輸入的情況下）。
16、光耦合器/隔離器
當您需要連接兩個單獨的系統，或者當您需要在同一電路/系統的兩個部分之間進行電氣絕緣時，這種技術特別有用，並推薦使用。當處理遠高於5V（例如24V）的電壓時，它也非常有用。請注意，這兩個系統也可能共享相同的接地，但是，在這種情況下，您將失去它們之間的電氣絕緣。在下面的原理圖中，我們展示了一個帶有晶體管輸出的標準光耦合器。有些光耦合器已經提供了數字，並且在某些情況下不需要Rpu（檢查輸出是否為集電極開路）。最近，其他類型的隔離器已經問世。這些不是基於光學的，而是基於電容式，巨磁阻或磁耦合。這些通常更快，但要貴得多。在所有這些具有直接數字輸出的光耦合器/隔離器中，只能使用反相和非反相配置的第一個版本（即光耦合器連接在3.3V系統的輸入和地之間）。
優勢：
-
兩個系統之間的電氣絕緣。它不僅提供更好的噪聲性能，而且還提高了系統的安全性。
-
允許將任何電壓電平轉換為“任何”電壓電平。
-
通過正確選擇接地或電源（取決於配置），您可以實現其他類型的電壓轉換（例如-12V...+12V至0...3.3V轉換）。
劣勢：
-
它需要一個光耦合器。
-
標準光耦合器通常速度較慢。對於高數據速率，需要特殊的“高速”光耦合器。
-
由於內部LED，電流消耗相對較高。
-
如果需要高帶寬，則功耗較高，因為如果需要較小的上升/下降時間，則Rpu/Rpd需要相當小。
在本公號內回覆【電路】，可以獲取更多電路設計相關的實用電路。