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楼主: radioes8
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MOS 电平转换电路故障

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31#
发表于 2025-4-24 07:48 | 只看该作者
本帖最后由 超級狗 于 2025-4-24 14:55 编辑
- Q6 e& _, v( g2 h% a
radioes8:( \1 \* }- o+ b0 }0 ~
产品是使用一段时间之后才故障的,使用之前是好的。管子对照规格书测试相关参数,反馈是OK 的。
' T9 [9 p& a- a6 E2 Y$ z- B
如果檢查 MOS 管特性是正常的,那有可能是老化、環境...等因素造成參數漂移後產生的異常。
$ x( [' c9 ?* Y! n4 f+ |, [/ L' V. ^7 h9 y- w1 A% _0 Y
除了狗弟之前降低上拉Pull-Up)電阻值的經驗外,器件規格也告訴我們,溫度降低、導通電阻 RDS(on) 也會跟著降低,也可以噴冷凍劑在不良 MOS 管上試試,或吹風機加熱正常的 MOS 管。但這些手段僅是驗證測試,不能作為解決方案。
' F1 W" u8 n. L; B
0 e0 v( c! |3 O- _6 O. i單從供應商的規格來看,他們並不保證 1.8V 下能正常動作,最好能換成虐死批你呀NexperiaBSH103. j# v* l) I% h) [5 Q
6 `5 I& q8 F; p7 ~6 O# b# }
關於這個電路在 1.8V 應用的風險,小弟在下一貼回您。
1 X# h. _1 N: ^5 i) N0 C( n3 S. @: U' _; {. }: p% Q
僅為個人建議!7 v; v6 S: y( g1 S, r/ v

) W9 Q9 C' a6 Z3 Z; d附註:
1 s9 @& T4 G0 M我查看用戶設定,您並未被限制發言。
, e; d7 ?4 }7 a5 ?0 u
7 C4 J* i' P( v3 s" V3 o& R

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32#
发表于 2025-4-24 08:09 | 只看该作者
本帖最后由 超級狗 于 2025-4-24 09:23 编辑 ) v' ~* o0 k2 |) B) T
radioes8 发表于 2025-4-23 21:34
1 y) ^& ^  a3 d! c9 `产品是使用一段时间之后才故障的,使用之前是好的。管子对照规格书测试相关参数,反馈是OK 的。

5 b/ t' D* h! K" V- K& t潛在風險
/ j. ], c0 K, c- y上述討論僅侷限在 N-Channel MOSFET 導通的問題上,這些要求僅能保證電路最基本的正常動作,但大多數人都不會去量測 I2C 的特性。其實在國外的討論網站上,這個電路都只建議使用在 3.3V5V 間的 I2C 電平轉換。然而華人卻很聰明的,把它照抄到 1.8V3.3V 的應用上。0 g2 o- b5 a' D1 Y1 O: {6 _
/ j/ w( I8 u8 H' m- I9 _! S, g# s
由於 1.8V 已經接近 N-Channel MOSFET 的最低工作電壓了,對於 > 100KHz 的高速應用,上升時間Rising Time)及下降時間Falling Time)等特性,有可能會超出 I2C 或其它介面規範要求。大家都本著會動就好的原則,經常會忽略這些問題,在選擇器件規格時又不嚴加把關,所以偶有意外發生也是正常的,設計時宜對訊號進行量測及檢視。
' f  n' L8 [$ t9 [4 Q& A# Y- @/ N' g, s7 e6 I4 k/ D7 J- |
我們之前的經驗是,應用於 1.8V3.3V 的電平轉換,400KHz 之下的上升時間Rising Time)及下降時間Falling Time)會非常接近 I2C 規範要求,記得餘量 < 10ns
。這個測試結果對於小米或華為這類的大客戶,可能就會提出質疑了。
- b; ]! k$ s) t6 a! p. Q

  u. o# J& ?+ r( D. @, u, J
0 ^* B( c9 s( q( B: }

0 w+ X" S  a- E/ |

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33#
发表于 2025-4-24 08:33 | 只看该作者
本帖最后由 超級狗 于 2025-4-24 12:09 编辑 1 @+ E' o  r; T- e9 P* P
超級狗 发表于 2025-4-24 08:09
; C" P/ |+ F7 P/ D+ H! H0 o潛在風險
4 t0 m! m2 o# V1 k, J2 p, L上述討論僅侷限在 N-Channel MOSFET 導通的問題上,這些要求僅能保證電路正常動作,但大多數人 ...

7 d; d7 c8 r) a4 P5 k5 L6 x: e, NLevel Translator 介紹. ^( Z, O+ d* D
市售的 Level Translator,因為裡面會有 One Shot Accelerator 電路,能縮短上升時間Rising Time)及下降時間Falling Time),可以支援 ≥ 2MHz Open-Drain 傳輸應用。針對 1.8V3.3V 間的 I2C 電壓轉換,如果設計不是只要求會動就好,或是 100KHz(含)以下的低速傳輸,宜選擇專用的 Level Translator IC。2 h( n( b$ a( L. Q
; l9 k; K- @, T9 k, z0 i

" t5 X( M& N# I$ T( ~! s+ ~2 P7 s
' q6 G. L  A" O8 e

TI Open-Drain Level Translator TXS0102 Block Diagram.jpg (37.62 KB, 下载次数: 4)

TI Open-Drain Level Translator TXS0102 Block Diagram.jpg

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34#
发表于 2025-4-24 14:15 | 只看该作者
本帖最后由 超級狗 于 2025-4-25 08:32 编辑 * ~3 H# P+ z0 y" y* |& W% L
3 d$ w- N4 |: t" O
輔助計算8 s5 q9 e5 `/ _9 O
這個電路當輸入端 High Side = 0V(GND)時,怎樣才能讓 MOS 管導通,不要讓電流走體二極管Body Diode),避免造成輸出端 Low Side = 0.6V ~ 0.7V 的問題。
# q' {- g" T- s# Q! j# A( N' c. |
假設:6 |. M* O9 V9 W  T
Low Side Voltage = 1.8V7 v1 \6 d" s3 P: |  h3 p  Z
High Side Voltage = 3.3V
* j/ _+ u, ^& U* f: YPull-Up Resistor = 2.2KΩ5 `# `6 _. t9 U& S
6 d# V2 O1 J1 l* z
哪條路徑阻力小,就會走那條路徑;意即,電流大的阻力就小
  U5 V4 W; R4 u! I8 L" H" t! ~
* R( n7 w# J, K, o  P! Q$ p6 @體二極管Body Diode)若導通,電流計算如下;
1 a( v1 M8 G! Y: s' b(1.8V - 0.6V) / 2.2KΩ = 545.5μA
8 b5 ]5 N; G/ E% h6 V假設體二極管Body Diode)導通時的順向偏壓Forward Voltage)為 0.6V: C1 c( d6 t$ Z' O$ N

/ g* Y! Z* l( f! [/ w: D* ^# T3 VMOS 管通道若導通,電流計算如下;, G1 g2 L& O& I# A4 k6 q* F  y% [
1.8V / 2.2KΩ = 818.2μA" O9 o# d+ |1 r$ ^/ N4 y+ ^
假設 MOS 管導通時 RDS(on) 遠小於 2.2KΩ,可以忽略不計!  I8 z& Z4 l! Y2 F1 g/ D
" Y2 e0 _" l9 O. r# O- ^/ W
推論結果
# C5 v0 H2 ~) r% x/ G
如果 MOS 管VDS = 0.6V 時,ID 電流還能大於 818.2μA,這個電路就能正常工作了。考慮單體差異測量誤差環境變因等影響,為了確保 MOS 管能穩定導通需要多抓點餘量,也許可以取 10mA ~ 50mA 當門檻。& S# C# n$ Z6 Q
8 s& b. H1 o) H2 ~# M

( ~! k+ q$ j, F/ |, F% ^
) g) u4 {, C9 ?( s* i" j; d

9 p" c8 a2 B2 Y. o

N-Channel MOSFET Bidirectional Level Translator.jpg (17.74 KB, 下载次数: 3)

N-Channel MOSFET Bidirectional Level Translator.jpg

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35#
 楼主| 发表于 2025-4-24 20:59 | 只看该作者
本帖最后由 超級狗 于 2025-4-25 08:31 编辑
! W% `! ?, o1 f- A* P0 b
超級狗 发表于 2025-04-24 14:15:31& \7 g; Z; B# p7 f. Y5 M) k
輔助計算
5 [/ F' X& G1 c* J+ g, l- m這個電路當輸入端 High Side = 0V(GND)時,怎樣才能讓 MOS 管導通,不要讓電流走體二極管Body Diode),避免造成輸出端 Low Side = 0.6V ~ 0.7V 的問題。: ~1 G+ U1 m& L

/ d; k+ g4 O) H+ B2 x" ?+ w- b假設:  h: }$ x3 p, P; A% P1 y9 w) ^
Low Side Voltage = 1.8V
2 Z. v9 x6 z0 Z% s9 r. u& d* ?* CHigh Side Voltage = 3.3V
! \$ |+ Z+ v3 W. VPull-Up Resistor = 2.2KΩ
& {: n$ d$ Q2 l# C2 v3 e# `& n8 N# k9 M0 p
哪條路徑阻力小,就會走那條路徑;意即,電流大的阻力就小# R; x, \: s7 z( ]1 E1 r3 s' |
* ~) c9 F0 x5 v+ a& _2 M; y7 k7 t6 R
體二極管Body Diode)若導通,電流計算如下;5 `) s& [8 `# S' w: H' G
(1.8V - 0.6V) / 2.2KΩ = 545.5μA
; [5 t" ~, T  H8 d! O) {假設體二極管Body Diode)導通時的順向偏壓Forward Voltage)為 0.6V
) N' [- Q8 l9 H+ P4 K6 F) q$ v& H4 b- o6 B& j! G) P8 S& w
MOS 管的通道若導通,電流計算如下;
. f0 K+ @3 L- E8 b- q  ]2 ?1.8V / 2.2KΩ = 818.2μA' _4 H) C8 e( h7 a# o
假設 MOS 管導通時 RDS(on) 遠小於 2.2KΩ,可以忽略不計!, r  w) o+ Y8 M- {$ ?" u: o4 `3 r

* f, u5 a7 U5 P2 l; }1 B* f推論結果

" Q: M* b. h. u$ t如果 MOS 管VDS = 0.6V 時,ID 電流還能大於 818.2μA,這個電路就能正常工作了。考慮單體差異測量誤差環境變因等影響,為了確保 MOS 管能穩定導通需要多抓點餘量,也許可以取 10mA ~ 50mA 當門檻。3 \/ h0 l$ E' O# K

; P7 k% Y5 g- p  A5 T  D9 w' r, W

2 V; c7 {1 C( W5 y+ g. a' T" Z* t+ }6 q* @& a

5 n" G( |' h2 h, ^  @# }; J. r- [电脑网页回复会提示  填写内容包含不良信息,无法提交% w- d: l' U+ I  ~7 m" T

! l/ L" t$ B) l  [$ @0 B! }2 f

“来自电巢APP”

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36#
 楼主| 发表于 2025-4-24 21:01 | 只看该作者
上拉电阻修改为1000可以验证下是否可以正常

“来自电巢APP”

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参与人数 1威望 +5 收起 理由
超級狗 + 5 預祝成功!

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  • TA的每日心情
    开心
    2024-1-31 15:41
  • 签到天数: 6 天

    [LV.2]偶尔看看I

    37#
    发表于 2025-5-6 15:54 | 只看该作者
    左边3.3V要不要考虑接个上拉呢

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    参与人数 1威望 +5 收起 理由
    超級狗 + 5 觀察入微!

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    该用户从未签到

    39#
    发表于 2025-7-3 23:44 | 只看该作者
    过来学习一下

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    参与人数 1威望 +5 收起 理由
    超級狗 + 5 賭神特別獎項!

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    该用户从未签到

    40#
    发表于 2025-7-24 14:20 | 只看该作者
    用VGS_TH小的管子就行,  这是常遇到的问题,不放心就直接用电平转换IC
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