模組UART、IO、IIC、SPI等外圍接口電平域通常為1.8V、2.8V、3V，主流單片機系統的電平域通常為3.3V和5V，當模組與單片機系統進行數據交互時，由于通信雙方電平不匹配，可能導致通信失敗、電流倒灌、功耗異常、電壓異常等問題。為幫助客戶解決此類問題，本文將介紹幾種常見的電平匹配方法，建議根據實際情況具體選擇。

一、直接連接方式

通信雙方直連，中間串聯一個限流電阻，如圖1（2.8V輸出與3.3V輸入）。直連需滿足以下要求：

①2.8V輸出的VOH min大于3.3V輸入的VIH min；

②2.8V輸出的VOL max小于3.3V輸入的VIL max。

若通信雙方進行直接連接，必須仔細閱讀器件規格書，了解MCU和模組的IO口輸入輸出特性及參數；此外，當高電壓系統（如5V）輸出高時，還應注意低電壓系統IO 口的耐壓值是否滿足要求。

圖1直接連接

二、電阻分壓方式

通信雙方利用電阻分壓進行電平匹配，將3.3V電平轉換為2.8V電平，由電阻分壓公式可計算出對應阻值，如圖2。應用時應注意在功耗和轉換時間之間進行權衡。為了使接口電流的功耗需求最小，R18和R19應盡可能大，但寄生電容的存在會使輸入信號的上升和下降時間同步增加，在通信速率較高的情況下，可能導致通信失敗。

圖2電阻分壓

三、二極管鉗位方式

通信雙方利用二極管的鉗位特性進行電平匹配，如圖3。

①如果VIN>3.3V+VF，則VOUT=3.3V+VF；

②如果VIN<=3.3V+VF，VOUT=VIN。

（VF：二極管的正向導通壓降）

選用的電阻R20必須要能保護二極管和3.3V電源，同時還不會對模擬性能造成影響。如果3.3V電源的阻抗太低，那么這種類型的鉗位可能致使3.3V電源電壓上升。同時，在通信速率較高的情況下，由于二極管存在結電容，此類轉換可能會使輸入信號對3.3V電源產生干擾。

圖3二極管鉗位

四、二極管穩壓方式

通信雙方利用齊納二極管的穩壓特性進行電平匹配，如圖4。

①如果VIN>VBR，VOUT=VBR；

②如果VIN<=VBR，VOUT=VIN。

（VBR：齊納二極管的反向擊穿電壓）

齊納二極管的速度通常要比二極管鉗位中所使用的快速信號二極管慢。齊納鉗位一般來說更可靠，鉗位時不依賴于電源的特性參數，鉗位的大小取決于流經二極管的電流，由R21的值決定。

圖4二極管穩壓

五、二極管隔離方式

通信雙方利用二極管的單向導通特性進行電平匹配，如圖5。

①當MCU的TXD輸出低電平時，二極管導通，使得模組的RX電壓為VF（VF為二極管正向導通電壓），一般為0.3～0.7V；

②當MCU的TXD輸出高電平時，二極管關斷，模組的RX端將由上拉電阻R22拉至2.8V；

③當模組的TX輸出高電平時，MCU的RX引腳電壓等于模組的VOH - VF；

④當模組的TX輸出低電平時，二極管關斷，MCU的RX電壓由下拉電阻R23拉到GND。

圖5二極管隔離

六、三極管單向轉換方式

通信雙方利用三極管的開關特性進行電平匹配，如圖6。

①當MCU的TX輸出高電平時，三極管截止，模組的RX端由R24上拉至1.8V；

②當MCU的TX輸出低電平時，三極管導通，模組的RX端接收到低電平，完成電平從MCU_TX到MZ_RX的單向轉換。

在基極電阻R25上建議并聯一顆電容C1，可一定程度提高開關速率，稱為加速電容。注意此類電平轉換通信速率不可太高，建議不超過115200bit/s。實際使用電路可參考圖7，C14、C15為加速電容，可提高三極管開關速度、優化波形、提高波特率，注意容值不可過大，1nF以下即可。

圖6三極管單向轉換

圖7帶有加速電容的三極管轉換

七、NMOS雙向電平轉換方式

通信雙方利用NMOS管進行電平匹配，如圖8。

①當1為高電平時，MOS管截止，3處電壓經R3上拉到3.3V，也為高電平；

②當1為低電平時，由于體二極管的存在，使得3（Q1源極）的電壓為VF（體二極管正向導通電壓），即 Vgs > Vgs on，從而使得Q1導通，導通后3處的電壓即和1基本等電位，故3也為低電平；

③當3為高電平時，MOS管截止，1處電壓經R1上拉到5V，也為高電平；

④當3為低電平時，Vgs=3V，大于MOS管開啟電壓Vgson，故MOS管導通，將1處電壓拉低。

因MOS管存在開關速度問題，故此種形式的電平轉換電路速率不能過高，一般控制在1MHz以內。對于標準模式100kbit/s或快速模式400kbit/s的I2C總線，該電平轉換電路不存在任何限制問題。應用時需要注意：由于體二極管的存在，電壓低的IO要接S極，電壓高的接D極，不能接反。

圖8 NMOS雙向電平轉換

八、電平轉換專用IC方式

通信雙方利用電平轉換芯片進行電平匹配，如圖9、10。電平轉換芯片有單向和雙向之分，輸出可分為開漏和推挽式，還有通道數可選，如單通道、雙通道、四通道、八通道等，一般自帶有ESD保護，可靠性高。常見型號有：TXS0108EPWR、TXB0102DCUR、74LVX3245MTCX等。其優點是轉換速率高，性能穩定可靠，具有ESD保護，外圍器件少，節省PCB空間；缺點是芯片成本較高。

圖9電平轉換專用IC(1)

圖10電平轉換專用IC(2)