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5v3v系统互连.pdf
技巧和诀窍简介
技巧#1 使用LDO稳压器，从5V电源向 3.3V系统供电
技巧#2 选择方案：采用齐纳二极管的低成本供电系统
技巧#3 选择方案：采用3个整流二极管的更低成本供电系统
技巧#4 使用开关稳压器，从5V电源向3.3V系统供电
技巧#5 3.3V - 5V直接连接
技巧#6 3.3V - 5V使用MOSFET转换器
技巧#7 3.3V - 5V使用二极管补偿
技巧#8 3.3V - 5V使用电压比较器
技巧#9 5V-3.3V直接连接
技巧#10 5V - 3.3V使用使用二极管钳位
技巧#11 5V - 3.3V有源钳位
技巧#12 5V - 3.3V电阻分压器
技巧#13 3.3V - 5V电平转换器
技巧#14 3.3V - 5V模拟增益模块
技巧#15 3.3V - 5V模拟补偿模块
技巧#16 5V - 3.3V有源模拟衰减器
技巧#17 5V - 3.3V模拟限幅器
技巧#18 驱动双极型晶体管
技巧#19 驱动N沟道MOSFET晶体管
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技巧和诀窍
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技巧和诀窍
目录
技巧和诀窍简介
技巧 #1： 使用 LDO 稳压器，从 5V 电源向 3.3V 系统供
电 ..................................................................4
技巧 #2： 选择方案：采用齐纳二极管的低成本供电系统
......................................................................6
技巧 #3： 选择方案：采用 3 个整流二极管的更低成本供
电系统 ...........................................................8
技巧 #4： 使用开关稳压器，从 5V 电源向 3.3V 系统供
电 ................................................................10
技巧 #5： 3.3V 5V 直接连接 ...................................13
技巧 #6： 3.3V 5V 使用 MOSFET 转换器 ...............14
技巧 #7： 3.3V 5V 使用二极管补偿.........................16
技巧 #8： 3.3V 5V 使用电压比较器.........................18
技巧 #9： 5V 3.3V 直接连接 ...................................21
技巧 #10：5V 3.3V 使用二极管钳位 ........................22
技巧 #11：5V 3.3V 有源钳位...................................24
技巧 #12：5V 3.3V 电阻分压器 ...............................25
技巧 #13：3.3V 5V 电平转换器 ...............................29
技巧 #14：3.3V 5V 模拟增益模块............................32
技巧 #15：3.3V 5V 模拟补偿模块............................33
技巧 #16：5V 3.3V 有源模拟衰减器 ........................34
技巧 #17：5V 3.3V 模拟限幅器 ...............................37
技巧 #18：驱动双极型晶体管...................................... 41
技巧 #19：驱动 N 沟道 MOSFET 晶体管 ....................44
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技巧和诀窍
注：
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2006 Microchip Technology Inc.
技巧和诀窍
技巧和诀窍简介
3.3 伏至 5 伏连接。
概述
我们对处理速度的需求日益增长，伴随着这种增
长，用来构建单片机的晶体管尺寸则在持续减小。
以更低的成本实现更高的集成度，也促进了对更小
的几何尺寸的需求。随着尺寸的减小，晶体管击穿
电压变得更低，最终，当击穿电压低于电源电压
时，就要求减小电源电压。因此，随着速度的提高
和复杂程度的上升，对于高密度器件而言，不可避
免的后果就是电源电压将从 5V 降至 3.3V，甚至
1.8V。
Microchip 单片机的速度和复杂性已经到达足以要
求降低电源电压的程度，并正在向 5V 电源电压以
下转换。但问题是绝大多数接口电路仍然是为 5V
电源而设计的。这就意味着，作为设计人员，我们
现在面临着连接 3.3V 和 5V 系统的任务。此外，
这个任务不仅包括逻辑电平转换，同时还包括为
3.3V 系统供电、转换模拟信号使之跨越 3.3V/5V 的
障碍。
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技巧和诀窍
本 《技巧和诀窍》提供了一些电源供电组件、数
字电平转换组件甚至模拟转换组件，以解决所面临
的挑战。全书对每种转换均给出了多种选择方案，
从单片 （All-in-One）接口器件到低成本的分立解
决方案都有涉及。简而言之，无论导致转换的原因
是复杂性、成本还是尺寸，设计人员处理 3.3V 挑
战可能需要的全部组件均在本文有所讨论。
注： 本 《技巧和诀窍》中假设电源为 3.3V。然
而对于其他电源电压，给出的方法只需要
经过适当的修正，将同样适用。
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技巧和诀窍
电源
面对 3.3V 挑战首先要解决的问题之一是产生 3.3V
电源电压。假设讨论的是 5V 系统至 3.3V 系统的
连接，我们可以认为已经拥有稳定的 5 VDC 电源。
本节将给出针对 5V 至 3.3V 转换而设计的电压稳
压器解决方案。只需要适中的电流消耗的设计可以
使用简单的线性稳压器。如果电流需求较高的话，
可能就需要开关稳压器解决方案。对成本敏感的应
用，可能需要简单的分立式二极管稳压器。下面针
对这几种情况各给出一个例子，同时包含了必要的
支持信息，使其适用于各种最终应用。
表 1：
方法
齐纳旁路
稳压器
串联线性
稳压器
电源比较
IQ
5 mA
VREG
10%
典型值
0.4%
典型值
效率 尺寸 成本 瞬态响应
60% 小 低
差
60% 小 中
极好
93% 中
到
大
高
好
1 µA
至
100 µA
30 µA
至
2 mA
开关降压
稳压器
0.4%
典型值
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技巧和诀窍
技巧 #1 使用 LDO 稳压器，从 5V 电源向
3.3V 系统供电
标准三端线性稳压器的压差通常是 2.0-3.0V。要
把 5V 可靠地转换为 3.3V，就不能使用它们。压
差为几百个毫伏的低压降 （Low Dropout， LDO）
稳压器，是此类应用的理想选择。图 1-1 是基本
LDO 系统的框图，标注了相应的电流。从图中可
以看出， LDO 由四个主要部分组成：
1. 导通晶体管
2. 带隙参考源
3. 运算放大器
4. 反馈电阻分压器
在选择 LDO 时，重要的是要知道如何区分各种
LDO。器件的静态电流、封装大小和型号是重要
的器件参数。根据具体应用来确定各种参数，将会
得到最优的设计。
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