MOSFET 기반 양방향 레벨 시프터가 제정신입니까?

저렴한 순간에 Sparkfun에서 5v ~ 3.3v 레벨 시프터를 주문하지 않고 직접 결합하기로 결정했습니다. 원래 설계도 사용 된 BSS138 MOSFET을하지만, 내가 즐길 수 있기 때문에 근관 치료만큼, 나는이 사용하기로 결정으로 대한 납땜 표면 실장 유사한 겉으로 MOSFET 구멍을 통해 장착 나의 선호하는 공급 업체에서 쉽게 사용할 수 있습니다.

이것의 결과는 차선책이었다. 5V 라인을 접지로 끌어 당기면 모든 것이 정상입니다. 3.3V 측은 0.07V로 이동했습니다. 그러나 3.3V를 접지로 끌어 올렸을 때 5V 라인은 약 4.14V (5.1v 이상의 터치)를 나타 냈습니다. 관련 데이터 시트와 해당 주제에 대한 필립스의 원래 애플리케이션 노트를 자세히 읽으면서 게이트 임계 값 전압이 문제라는 결론에 도달했습니다.

회로도를 변경하고 MOSFET의 게이트를 3.3v 대신 5v로 연결함으로써 양쪽 모두 제대로 작동하는 것 같습니다. 한쪽을 낮게 당기면 다른 쪽이 낮아집니다. 그러나 나는 이것이 실제로 제정신 일이라고 확신하지는 않습니다. 원래 회로도에 대한 나의 이해는 합리적인 의견을 형성하기에 충분하지 않습니다.

이 수정 된 회로도가 작동합니까, 아니면 현재의 좋은 결과가 단순한 연기 나 마술 연기를 방출하는 것에 대한 선구자입니까?

짧은 답변

• 이 회로에서 Vth (MOSFET가 방금 켜진 게이트-소스 전압)가 중요합니다. Vth는 Vh-V1 = 5V-3.3V = 1.7V보다 실질적으로 낮아야합니다.

  BSS138의 Vth는 0.8 / 1.3 / 1.5 분 / 일반 / 최대입니다.
  따라서 여기에서는 1.7> 1.5로 "충분히 좋을 것"이지만 그 마진은 불편할 정도로 작습니다.

  불행히도, 당신이 선택한 대안은 BSS138보다 훨씬 나쁩니다.
  FQN1N60C의 ​​Vth는 2 /-/ 4V입니다. 즉, 최상의 경우 Vth 2V는 필요한 1.7V보다 높고이 애플리케이션에서 1.7V보다 훨씬 큰 Vth는 4V입니다. .

  Digikey에서 허용되는 TO92 MOSFET은 Zetex / Diodes Inc ZVNL110a 입니다.
  Vth는 0.75 /-/ 1.5 볼트입니다. 이것은 BSS138과 거의 같습니다.

더 길게:

• BSS138은 상대적으로 정크 덩어리입니다. 그것은 그 자리를 가지고 있지만이 회로의 안전한 기능을 뛰어 넘습니다. 불행히도, 당신이 선택한 대안 인 FQN1N60C가 더 나쁩니다.

• 상승 전압 LV를 HV와 동등한 전압으로 FQN1N60C의 ​​높은 Vth 값을 극복합니다.

원래 회로가 제대로 작동하지 않는 이유는 FQN1N60C가 MOSFET 아트의 매우 유감스러운 표본이기 때문이며 수정 된 회로가 제대로 작동하는 이유는 FQN1N60C가 MOSFET 아트의 매우 유감스러운 표본이기도하기 때문입니다. 낮은 Vth MOSFET은 원래 회로에서 제대로 작동하고 수정 된 회로에서는 실패합니다.

이는 원래 회로에서 FQN1N60C Vth가 사용 가능한 Vth에 비해 너무 높아서 제대로 켜지지 않기 때문입니다. Vth가 충분히 낮은 MOSFET은 가용 전압으로 올바르게 켜집니다. 수정 된 회로에서는 FQN1N60C에 작동 상태에서 충분한 게이트 전압을 제공했지만 의도하지 않게 작동하지는 않습니다. 낮은 Vth MOSFET을 사용했다면 꺼 졌을 때 사용할 수있는 운명 전압에 의해 켜지고 회로가 고장날 수 있습니다.

회로는 매우 영리하지만 하나의 영리함은 TX_LV가 낮을 때 구동하기에 충분한 게이트 전압이 있지만 TC_LV가 높을 때 구동하기에 충분한 전압이없는 MOSFET에 달려 있습니다. TX_LV가 높을 때 일반적으로 LV = T_LV이므로 MOSFET에 게이트 전압 이 없습니다 . TX_LV가 높을 때 LV를 HV로 증가시켜 게이트 전압 (HV-LV)을 제공합니다. HV-LV = 5-3.3 = 1.7V이므로 FQN1N60C는 실제 Vth가> 1.7V이므로 잘못된 트리거를하지 않습니다.

아래는 원래 레벨 시프터 회로도입니다.

BSS138은 N 채널 MOSFET이므로 게이트가 소스에 대해 양의 값을 가질 때 전도되고, 드레인이 소스보다 높은 것이 일반적이며 Vds가 + ve 일 때 내부 바디 다이오드가 차단되고 Vds가 음일 때 동작합니다. .

정상 작동
TXLV 및 TXHV가 높으면 게이트가 LV에 있습니다 (원래 3V3, 소스는 TX_LV = 3.3이므로 Vgs = 0이므로 FET는 꺼져
있음).

로직 0을 왼쪽에서 오른쪽으로 보냅니다.
TX_LV를 낮게 당깁니다. 소스 = 0V, 게이트 = 3V3. 따라서 Vgs = 3V3입니다. > Vth이므로 BSS138이 켜져 있습니다. 소스 = 0V이고 FET가 켜지면 TX_HV도 낮아집니다. 그것은 쉽다 :-).

논리 0을 오른쪽에서 왼쪽으로 보냅니다.
TX_HV를 낮게 당깁니다. 드레인 = 0. 하드 연결을 통한 게이트는 3V3입니다.
Source = 3V3 (그러나 아래 참조) So : Vgs = 0. FET가 꺼져 있습니다. VDS = - 3V3.
그러나 BSS138에는 내부 다이오드 S에서 D까지가 있습니다.이 다이오드는 TX_LV를 TX_HV 이상의 다이오드 드롭으로 끌어 당기게됩니다.
또한 쉽습니다.

이제 BSS138을 FQN1N60C로 교체하십시오.
MOSFET의 Vth는 5V와 3V3 사이에서> ~ 1.7V입니다.
이제 로직 0을 오른쪽으로 보내면 접지 소스는 Vgs = 3V3 = <4V의 최악의 경우를 제공합니다. 만약 진정한 Vth가 1.7V 정도라면 회로는 일종의 작업이 될 것이다.

LV를 5V로 올리면 이제 Vgs = 5V로 작동합니다.
그러나 TX_LV가 높을 때 MOSFET에 대한 5-3.3 = 1.7V 드라이브는 0V 여야하지만 이전에는 여전히 그렇습니다.

Vth <1,7V 인 MOSFET을 교체하면 항상 켜집니다. 즉, 더 나은 품질의 MOSFET은 더 나쁘게 작동하거나 전혀 작동하지 않습니다. "치료"는 초기에 Vth <~ << 1.7V의 MOSFET을 사용하는 것입니다.