Hello，大家好，今天我们来讨论一款经典的双向电平转换电路，相应电路如下图所示。
该电路的核心是一个N沟道增强型场效应管，其开关特性与NPN三极管相似，以相应的开关电路为例，当输入为低电平“L”时，场效应管VT1处于截止状态，相当于一个处于断开状态的开关，如下图所示：
当输入为高电平“H”时，场效应管VT1处于导通状态，相当于一个处于闭合状态的开关，如下图所示：
对于电平转换应用电路，场效应管的选型参数主要关注 栅-源电压（Gate Source Voltage, VGS） ，其值不能过小，否则场效应管将由于VGS小于栅极阈值电压（GateThreshold Voltage）而无法导通（或阻值较大）。某款场效应管的电气参数如下表所示，这意味着VGS不应该小于1.4V，为了电路工作稳定起见，最好保证不小于2.5V。
当然，VGS也不能过大，否则可能会击穿绝缘层而损坏场效应管。某款场效应管的电气参数如下表所示，这意味着VGS的绝对值不应该大于12V。
我们接下来分析一下双向电平转换电路的基本原理，首先看看 从左向右的电平转换原理 （3.3V转为5V）。当左侧 D0 输入高电平“H”时，由于VGS为0，所以VT1是不导通的，右侧 D1 被电阻R2上拉为高电平（5V），如下图所示。
当左侧 D0 输入低电平“L”时，由于VGS为3.3V，所以VT1处于导通状态，右侧 D1 被下拉至与 D0 相同的低电平，如下图所示：
再来看看 从右向左的电平转换原理 （5V转为3.3V）。假设左侧 D0 为高电平，当右侧 D1 输入高电平“H”时，由于VGS为0，所以VT1是不导通的，左侧 D0 被电阻R1上拉为高电平（3.3V），如下图所示。
当右侧 D1 输入高电平“H”时，转换过程需要细分为两个阶段。由于左侧 D0 初始为高电平“H”，VGS为0，所以VT1是不导通的，但由于场效应管有一个寄生二极管，它会将 D0 下拉至低电平（比 D1 高约一个二极管压降，此处暂定为0.7V），所以 D0 也算是低电平，如下图所示。
紧接着，此时VGS（3.3V-0.7V=2.6V）大于场效应管的 栅极阈值电压 而使VT1导通， D0 的电平又被进一步降低（与 D1 基本没有差别），如下图所示。
很多读者可能对3.3V转5V没有什么疑问，但对于5V转3.3V却有点不解， 为什么要假定D0为高电平“H”呢 ？ 因为这种电平转换电路通常只能用于收发双方都是开集（Open Collector, OC）或开漏（Open Drain, OD）结构输出的双向信号线，也就是说，收发双方都只有 灌电流 能力，而没有 拉电流 能力，就相当于一个与公共地连接的开关，如下图所示。
也就是说，输入高电平“H”都是由电源通过上拉电阻提供的。在开漏或开集结构输出的双向总线中， 高电平通常是空闲状态 ，典型的应用就是I2C总线（有关I2C总线的详情可参考《显示器件应用分析精粹：从芯片架构到驱动程序设计》），如下图所示。
如果收发双方是推挽驱动（Push-Pull）结构方式，有可能会损坏收发芯片，因为会存在 从电源到公共地的低阻路径 ，如下图所示。有关 开漏 、 开集 、 推挽 、 灌与拉电流 等详情可参考《三极管应用分析精粹：从单管放大到模拟集成电路设计》
