电平转换电路及电子设备的制作方法

1.本实用新型涉及电子电路技术领域，特别涉及一种电平转换电路及电子设备。


背景技术：

2.随着电子产品设计的多元化、精细化发展，电子产品内部需要的芯片越来越多，而不同芯片需要的工作电平不一定相同，或者说不同芯片的电压域可能不一样，两块工作电平不同的芯片的信号端直接连接进行通讯很容易因为工作电平不匹配而导致电路的烧毁或者是通信失败，这极大影响到电子产品的性能，因此，工作电平不匹配的两块芯片之间进行通讯需要通过电平转换电路，以保证通讯质量。


技术实现要素：

3.本实用新型的主要目的是提供一种电平转换电路及电子设备，旨在实现两块不同工作电平的芯片之间的电平转换。
4.为实现上述目的，本实用新型提出一种电平转换电路，所述电平转换电路包括：
5.第一信号端及第二信号端；
6.第一高/低电平保持电路，用于接入第一参考电压；
7.第二高/低电平保持电路，用于接入第二参考电压；所述第一参考电压小于第二参考电压；
8.开关电路，所述开关电路的第一输入/输出端分别与所述第一信号端及所述第一高/低电保持电路互连，所述开关电路的第二输入/输出端分别与所述第二信号端及所述第二高/低电平保持电路互连；其中，
9.所述开关电路，用于在所述第一信号端接入低电平的通讯信号时开启，以将所述接入低电平的通讯信号输出至所述第二信号端；在所述第一信号端接入高电平的通讯信号时关闭，以将所述第二高/低电平保持电路保持作用下得到的与所述第二参考电压匹配的通讯信号输出至所述第二信号端；
10.所述开关电路，还用于在所述第二信号端接入低电平的通讯信号时开启，以将所述接入低电平的通讯信号输出至所述第一信号端；在所述第二信号端接入高电平的通讯信号时关闭，以将在所述第一高/低电平保持电路保持作用下得到的与所述第一参考电压匹配的通讯信号输出至第一信号端。
11.可选地，所述开关电路包括单向导通元件；以及，
12.nmos管、npn型三极管及npn型igbt中的任意一种。
13.可选地，所述单向导通元件为二极管。
14.可选地，在所述开关电路包括nmos管时，所述二极管为所述nmos管的体二极管。
15.可选地，在所述开关电路包括npn型igbt时，所述二极管集成于所述npn型igbt。
16.可选地，所述第一高/低电平保持电路包括第一上拉电阻，所述第一上拉电阻的一端与所述开关电路的第一端连接，所述第一上拉电阻的另一端与所述第一参考电压连接。
17.可选地，所述第二高/低电平保持电路包括第二上拉电阻，所述第二上拉电阻的一端与所述开关电路的第二端连接，所述第二上拉电阻的另一端与所述第二参考电压连接。
18.可选地，所述电平转换电路还包括电平转换芯片，所述电平转换芯片的第一输入/输出端与所述第一信号端连接，所述电平转换电路的第二输入/输出端与所述第二信号端连接；其中，
19.所述电平转换芯片，用于将所述第一信号端接入的低电平通讯信号输出至第二信号端，在所述第一信号端接入高电平通讯信号时转换成与所述第二信号端匹配的通讯信号后输出；以及，用于将所述第二信号端接入的低电平通讯信号输出至第一信号端，在所述第二信号端接入高电平通讯信号时转换成与所述第一信号端匹配的通讯信号后输出。
20.本实用新型还提出一种电子设备，包括如上所述的电平转换电路。
21.本实用新型通过设置所述第一信号端及所述第二信号端，用于接入或者输出高/低电平，所述第一高/低电平保持电路，用于接入所述第一参考电压，所述第二高/低电平保持电路，用于接入所述第二参考电压，所述开关电路，用于将所述开关电路的第一输入/输出端分别与所述第一信号端及所述第一高/低电保持电路互连，所述第二输入/输出端分别与所述第二信号端及所述第二高/低电平保持电路互连，进而在所述第一信号端接入低电平的通讯信号时所述开关电路开启，以将接入的低电平的通讯信号输出至所述第二信号端；在所述第一信号端接入高电平的通讯信号时所述开关电路关闭，以将在所述第二高/低电平保持电路保持作用下得到的输出电压为所述第二参考电压的通讯信号输出至所述第二信号端；在所述第二信号端接入低电平的通讯信号时所述开关电路开启，以将接入的低电平的通讯信号输出至所述第一信号端；在所述第二信号端接入高电平的通讯信号时所述开关电路关闭，所述第一信号端在所述第一高/低电平保持电路保持作用下得到的输出电压为所述第一参考电压的通讯信号输出至所述第一信号端，进而实现了两个不同电压之间的双向转换。本实用新型解决了两个不同工作电平的芯片不能直接连接进行通讯的问题，实现了电平的双向转换。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
23.图1为本实用新型电平转换电路一实施例的结构示意图；
24.图2为本实用新型电平转换电路另一实施例的结构示意图；
25.图3为本实用新型电平转换电路又一实施例的结构示意图；
26.图4为本实用新型电平转换电路再一实施例的结构示意图。
27.附图标号说明：
28.[0029][0030]
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0031]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0032]
需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0033]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0034]
另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
[0035]
本实用新型提出一种电平转换电路，连接于两个不同工作电平芯片的信号端之间，使两块不同工作电平的芯片在进行通讯时处于合适的工作电平，从而实现两块不同工作电平的芯片之间的通讯，以避免两块不同工作电平的芯片直接连接进行通讯时，因为电平不匹配而导致通信失败。
[0036]
为了解决上述问题，参照图1至图4，在一实施例中，所述电平转换电路包括：
[0037]
第一信号端p1及第二信号端p2；
[0038]
第一高/低电平保持电路12，用于接入第一参考电压v1；
[0039]
第二高/低电平保持电路13，用于接入第二参考电压v2；所述第一参考电压v1小于第二参考电压v2；
[0040]
开关电路11，所述开关电路11的第一输入/输出端分别与所述第一信号端p1及所述第一高/低电保持电路12互连，所述开关电路11的第二输入/输出端分别与所述第二信号端p2及所述第二高/低电平保持电路13互连；其中，
[0041]
所述开关电路11，用于在所述第一信号端p1接入低电平的通讯信号时开启，以将
所述接入低电平的通讯信号输出至所述第二信号端p2；在所述第一信号端p1接入高电平的通讯信号时关闭，以将在所述第二高/低电平保持电路13保持作用下得到的输出电压为所述第二参考电压v2匹配的通讯信号输出至所述第二信号端p2；
[0042]
所述开关电路11，还用于在所述第二信号端p2接入低电平的通讯信号时开启，以将所述接入低电平的通讯信号输出至所述第一信号端p1；在所述第二信号端p2接入高电平的通讯信号时关闭，以将在所述第一高/低电平保持电路12保持作用下得到匹配的输出电压为所述第一参考电压v1的通讯信号输出至所述第一信号端p1。
[0043]
所述第一信号端p1、第二信号端p2为io口，即所述第一信号端p1、第二信号端p2可以接入需要转换的通讯信号，也可以输出转换后的通讯信号，当所述第一信号端p1接入通讯信号时，所述第二信号端p2输出转换后的通讯信号，反过来，当所述第二信号端p2接入通讯信号时，所述第一信号端p1输出转换后的通讯信号。
[0044]
所述第一高/低电平保持电路12可以采用电阻来实现，用于接入所述第一参考电压v1(1.8v)，以稳定输出至所述第一信号端p1的高电平的通讯信号，从而实现输出的高电平保持为所述第一参考电压v1(1.8v)的通讯信号，所述第二高/低电平保持电路13可以采用电阻来实现，用于接入第二参考电压v2(3.3v)，以稳定输出至所述第二信号端p2的高电平的通讯信号，从而实现输出的高电平保持为所述第二参考电压v2(3.3v)的通讯信号。
[0045]
所述开关电路11可以采用nmos管m、npn型三极管并联二极管、npn型igbt(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)并联二极管来实现，所述开关电路11的第一输入/输出端与所述第一信号端p1连接，所述开关电路11的第二输入/输出端与所述第二信号端p2连接。当所述第一信号端p1接入低电平0v的通讯信号时，所述开关电路11开启，从而将所述第一信号端p1接入的p2低电平0v的通讯信号输出至第二信号端p2，当所述第一信号端p1接入高电平1.8v的通讯信号时，所述开关电路11关闭，以将在所述第二高/低电平保持电路13保持作用下得到的输出电压为所述第二参考电压v2(3.3v)的通讯信号输出至所述第二信号端p2；反过来，当所述第二信号端p2接入低电平0v的通讯信号时，所述开关电路11开启，从而将所述第二信号端p2接入的低电平0v通讯信号输出至第一信号端p1，当所述第二信号端p2接入高电平3.3v的通讯信号，所述开关电路11关闭，以将在所述第一高/低电平保持电路12保持作用下得到的输出电压为所述第一参考电压v1(1.8v)的通讯信号输出至所述第一信号端p1，所述第一信号端p1或者所述第二信号端p2接入的电平不同，所述开关电路11的开关状态也不同，通过控制所述开关电路11处于导通或者关闭状态，实现了电平之间的转换。
[0046]
在一具体实施例中，所述开关电路11采用增强型nmos管m来实现，所述开关电路11的第一输入/输出端为所述nmos管m源极，所述源极分别与所述第一信号端p1、所述第一高/低电平保持电路12连接，所述第一高/低电平保持电路12与第一参考电压v1(1.8v)连接，所述开关电路11的第二输入/输出端为所述nmos管m漏极，所述漏极分别与所述第二信号端p2，所述第二高/低电平保持电路13连接，所述第二高/低电平保持电路13与第二参考电压v2(3.3v)连接，所述nmos管m栅极与所述第一参考电压v1(1.8v)连接，当所述第一信号端p1接入低电平0v的通讯信号时，所述nmos管m的栅
‑
源电压为1.8v，大于所述nmos管m的阈值电压(一般为0.7v)，从而所述nmos管m导通，所述nmos管m漏极输出的低电平0v的通讯信号输出至所述第二信号端p2；所述第一信号端p1接入高电平1.8v的通讯信号时，所述nmos管m的
栅
‑
源电压为0v，小于所述nmos管m的阈值电压(一般为0.7v)，从而所述nmos管m截止，进而所述第二高/低电平保持电路13将输出至第二信号端p2的高电平的通讯信号拉高至3.3v，从而实现了从左到右的1.8v到3.3v的转换；当所述第二信号端p2接入低电平0v的通讯信号时，所述nmos管m的体二极管的阳极与阴极电压差为1.8v，大于体二极管导通电压，从而体二极管导通，以将接入的低电平0v的通讯信号输出至所述第一信号端p1，当所述第二信号端p2接入3.3v时，所述nmos管m的栅
‑
源电压为0v，所述nmos管m内部体二极管截止，进而所述第一高/低电平保持电路12将输出至所述第一信号端p1的高电平的通讯信号拉高至1.8v，以实现从右到左的高电平3.3v到高电平1.8v的转换。
[0047]
本实用新型通过设置所述第一信号端p1及所述第二信号端p2，用于接入或者输出高/低电平，所述第一高/低电平保持电路12，用于接入所述第一参考电压v1(1.8v)，所述第二高/低电平保持电路13，用于接入所述第二参考电压v2(3.3v)，所述开关电路11，用于将所述开关电路11的第一输入/输出端分别与所述第一信号端p1及所述第一高/低电保持电路12互连，所述第二输入/输出端分别与所述第二信号端p2及所述第二高/低电平保持电路13互连，进而在所述第一信号端p1接入低电平0v的通讯信号时所述开关电路11开启，以将接入的低电平0v的通讯信号输出至所述第二信号端p2；在所述第一信号端p1接入高电平1.8v的通讯信号时所述开关电路11关闭，以将在所述第二高/低电平保持电路12保持作用下得到的输出电压为所述第二参考电压v2(3.3v)的通讯信号输出至所述第二信号端p2；在所述第二信号端p2接入低电平0v的通讯信号时所述开关电路11开启，以将接入的低电平0v的通讯信号输出至所述第一信号端p1；在所述第二信号端p2接入高电平3.3v的通讯信号时所述开关电路11关闭，所述第一信号端p1在所述第一高/低电平保持电路12保持作用下得到的输出电压为所述第一参考电压v1(1.8v)的通讯信号输出至所述第一信号端p1。进而实现了1.8与3.3v电平的双向转换。本实用新型解决了两个不同工作电平的芯片不能直接连接进行通讯的问题，实现了电平的双向转换。
[0048]
参照图1至图4，在一实施例中，所述开关电路11包括单向导通元件；以及，
[0049]
nmos管m、npn型三极管及npn型igbt中的任意一种。
[0050]
本实施例中，所述单向导通元件可以是二极管，所述开关电路11可以采用nmos管m、npn型二极管并联二极管、npn型igbt并联二极管任意一种来实现。所述任意一种实现所述开关电路的方式在第一信号端p1或者第二信号端p2接入低电平0v的通讯信号时导通，在接入高电平1.8v/3.3v的通讯信号时关闭，从而通过开关电路的开启/关闭实现所需电平的转换。
[0051]
参照图1至图4，在一实施例中，所述单向导通元件为二极管。
[0052]
所述二极管可以采用肖特基二极管，也可以采用普通二极管来实现，所述二极管阳极与第一信号端p1连接，所述二极管阴极与所述第二信号端p2连接，当所述第二信号端p2接入低电平0v的通讯信号时，第一信号端p1在第一高/低电平保持电路12作用下为第一参考电压v1(1.8v)的通讯信号，从而所述二极管的阳极与阴极电压差大于二极管导通电压，所述二极管导通，将第一信号端p1电压拉低为低电平0v，以实现右到左的低电平转换，当第二信号端p2接入高电平3.3v时，二极管不导通，从而将在所述第一高/低电平保持电路12保持作用下得到的输出电压为第一参考电压v1(1.8v)的通讯信号输出至第一信号端p1。所述单向导通元件通过二极管的导通/不导通实现了从右到左的电平转换。
[0053]
参照图1至图4，在一实施例中，所述开关电路11包括nmos管m时，所述二极管为所述nmos管m的体二极管。
[0054]
本实施例中，所述开关电路11采用单个nmos管m实现，所述nmos管m自带体二极管，所述体二极管方向由所述nmos管m源极指向所述nmos管m漏极，当第一信号端p1接入高/低电平的通讯信号时，通过所述nmos管m来实现所述开关电路11的导通与关闭，当第二信号信号端p2接入高/低电平的通讯信号时，通过控制所述nmos管的体二极管两端的电压来实现所述开关电路11的导通与关闭，进而实现了电平的双向转换。
[0055]
参照图1至图4，在一实施例中，所述开关电路11包括npn型igbt时，所述二极管集成于所述npn型igbt。
[0056]
本实施例中，所述npn型icbt包括一个npn型三极管及一个nmos管m，所述nmos管m源极与npn型三极管发射极连接，所述nmos管m漏极与npn型三极管集电极连接，所述nmos管m栅极作为npn型igbt的门极，所述npn型三极管发射极作为npn型igbt的发射极，所述npn型三极管集电极作为npn型igbt的集电极，所述二极管可以采用快速恢复二极管来实现，所述快速恢复二极管与所述npn型igbt通过反并联方式集成为rc
‑
igbt(q)，其中，所述快速恢复二极管阳极与所述npn型igbt的发射极连接，所述快速恢复二极管阴极与所述npn型igbt的集电极连接，所述rc
‑
igbt(q)的发射极为所述开关电路11的第一输入/输出端，所述rc
‑
igbt(q)的集电极为所述开关电路11的第二输入/输出端，所述第一输入/输出端分别与所述第一信号端p1、所述第一高/低电平保持电路12连接，所述第二输入/输出端分别与所述第二信号端p2、所述第二高/低电平保持电路13连接，其中，所述第一高/低电平保持电路保持电路12用于接入所述第一参考电压v1(3.3v)，所述第二高/低电平保持电路用13于接入所述第二参考电压v2(3.3v)。当所述第一信号端p1接入低电平0v的通讯信号时，所述rc
‑
igbt(q)导通，以将所述第一信号端p1接入的低电平0v的通讯信号输出至所述第二信号端p2，当所述第一信号端p2接入高电平1.8v的通讯信号时，所述rc
‑
igbt(q)截止，以将在所述第二高/低电平保持电路13保持作用下得到的输出电压为所述第二参考电压(v2)(3.3v)的通讯信号输出至所述第二信号端p2；反过来，当所述第二信号端p2接入低电平0v的通讯信号时，所述rc
‑
igbt(q)的快速恢复二极管导通，以将所述第二信号端p2接入的低电平0v的通讯信号输出至所述第一信号端p1，在所述第二信号端p2接入高电平3.3v的通讯信号时，所述rc
‑
igbt(q)截止，以将在所述第一高/低电平保持电路12保持作用下得到的输出电压为所述第一参考电压v1(1.8v)的通讯信号输出至所述第一信号端p1，从而实现了两块工作电平不同的芯片信号端之间的通讯。
[0057]
参照图1至图4，在一实施例中，所述第一高/低电平保持电路12包括第一上拉电阻，所述第一上拉电阻一端与开关电路11第一端连接，另一端与第一参考电压v1连接。
[0058]
所述第一高/低电平保持电路12第一上拉电阻阻值范围可以是10000
‑
100000欧姆，所述第一上拉电阻在所述开关电路11处于关闭状态时，通过将输出至所述第一信号端p1的高电平通讯信号拉高至第一参考电压v1(1.8v)的通讯信号，从而实现输出至所述第一信号端p1的高电平的通讯信号保持为1.8v的通讯信号。
[0059]
参照图1至图4，在一实施例中，所述第二高/低电平保持电路13包括第二上拉电阻，所述第二上拉电阻一端与开关电路11第二端连接，另一端与第二参考电压连接。
[0060]
所述第二上拉电阻阻值范围可以是10000
‑
100000欧姆，所述第二上拉电阻在所述
开关电路11处于关闭状态时，通过将输出至所述第二信号端p2的高电平通讯信号拉高至第二参考电压v2(3.3v)的通讯信号，从而实现输出至所述第二信号端p2的高电平保持为3.3v的通讯信号。
[0061]
需要说明的是，由于电平转换电路中存在寄生电容，第一上拉电阻、第二上拉电阻会和寄生电容形成rc效应，从而导致传输的信号的上升沿和下降沿边缘不够陡峭，进而影响通信质量，所述电平转换电路传输的信号频率越高，rc效应越明显，因此，实际应用中应该遵循传输信号的频率越高，选择的上拉电阻阻值越小，但是，选择的上拉电阻阻值越小，对应的电流就会越大，电平转换电路的功耗也就越大，因此，第一上拉电阻、第二上拉电阻阻值本领域技术人员可以根据通信信号频率需求和功耗需求来选择，此处不作不作限制。在一具体实施例中，所述第一电阻、第二电阻阻值为10000欧姆。
[0062]
参照图1至图4，在一实施例中，所述电平转换电路还包括电平转换芯片，所述电平转换电路的第一输入/输出端与所述第一信号端p1连接，所述电平转换电路的第二输入/输出端与所述第二信号端p2连接；其中，
[0063]
所述电平转换电路，用于将所述第一信号端p1接入的低电平0v通讯信号输出至第二信号端p2，在所述第一信号端p1接入高电平1.8v通讯信号时转换成与所述第二信号端p2匹配的通讯信号后输出；以及，用于将所述第二信号端p2接入的低电平0v通讯信号输出至所述第一信号端p1，在所述第二信号端p2接入高电平3.3v通讯信号时转换成与所述第一信号端p1匹配的通讯信号后输出。
[0064]
本实施例中，如图3所示，所述电平转换芯片为sgm4553型，所述电平转换芯片的第一输入/输出端与工作电平为1.8v的系统控制芯片芯片的data端连接，所述电平转换芯片的第二输入/输出端与工作电平为3.3v的system芯片的data端连接，所述电平转换芯片在使能端oe为低电平时处于非工作状态，在使能端oe为高电平时处于工作状态，当所述电平转换芯片处于正常工作状态时，如果所述1.8v的系统控制芯片芯片的data端接入所述电平转换芯片第一输入/输出端的通讯信号为高电平1.8v，所述电平转换芯片将接入的1.8v高电平转换为高电平3.3v的通讯信号，进而通过第二输入/输出端将通讯信号输出至所述3.3v的system芯片的data端，从而实现了1.8v到3.3v的转换；如果所述3.3v的system芯片的data端接入所述电平转换芯片第二输入/输出端的通讯信号为高电平3.3v，所述电平转换芯片将接入的高电平3.3v的通讯信号转换为高电平的1.8v的通讯信号，进而从第一输入/输出端输出至所述1.8v的系统控制芯片芯片的data端，从而实现了工作电平为所述1.8v的系统控制芯片芯片与工作电平为所述3.3v的system芯片之间的通讯。
[0065]
本实用新型还提出一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的电平转换电路。
[0066]
该电平转换电路的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在本实用新型电子设备中使用了上述电平转换电路，因此，本实用新型电子设备的实施例包括上述电平转换电路全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。
[0067]
本实施例中，所述电子设备可以是智能手表、智能机器人等。所述电子设备可以将电平转换电路应用于需要电平转换的芯片之间，例如应用于智能机器人内部的芯片之间，通常智能机器人为了实现多种功能，需要在内部设置多块芯片，不同芯片工作电平不一定相同，例如1.8v、3.3v、5v、9v、12v等，当电平为3.3v的芯片需要与电平为1.8v的电路进行通
讯时，可以通过将电平为3.3v的芯片信号输出端连接到电平转换电路的第二信号端p2，将电平为1.8v的芯片的信号接入端与电平转换电路的第一信号端p1连接，从而实现电平为3.3v的芯片与电平为1.8v的芯片之间的通讯，避免了两块芯片直接连接进行通讯因为工作电平不匹配而导致的电路烧毁和通信失败的问题，进而保证了智能机器人的性能。所述电平转换电路结构简单，应用于需要电平转换的电子设备内部时操作简单、实用性强，而且所述电平转换电路的成本低，进而能够大大降低电子设备的成本。
[0068]
以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。