不同器件之間的GPIO連接為什么需要電平一致呢？

一、問題：不同器件之間的GPIO連接為什么需要電平一致呢？

? ? ? ??如果連接不同電平信號的I/O，驅動IC的輸出電壓電平可能不滿足接收器的輸入電壓規(guī)格，從而導致接收器故障或損壞。 ?

圖一、電平轉換

? ?1.2、?如果各個器件之間的電壓不匹配，可能會出現(xiàn)何種異常現(xiàn)象：

????將某個信號從高電壓電平輸入至低電壓電平的器件，如<圖一>右上圖所示。低壓側的器件輸入電路的耐壓通常較低，如果輸入高于芯片耐壓值的電壓，該器件可能會遭損毀。

????將某個信號從低電壓電平輸入至高電壓電平的器件，如<圖一>左下圖所示。如果在高壓側的器件上施加接近輸入閾值的電壓，則無法識別高電平信號，從而導致故障。?

? 二、問題：既然GPIO允許被配置為開漏輸出。那么是否可以直接使用開漏功能實現(xiàn)不同電平之間轉換呢？比如：3V-1.8V ?

2.1、實現(xiàn)開漏輸入、輸出功能的引腳大至分為兩大類：

輸入、輸出引腳內部電路是真正的MOS開漏、三極管開集電極輸出形式：比如電平轉換的專用緩存器、使用MOS管搭建的開漏輸入、輸出電路。此類功能的芯片、電路使用較簡單。

普通的GPIO引腳通過配置控制寄存器，實現(xiàn)開漏極輸出功能。注意：此類GPIO使用較為復雜，不能簡單的認為利用“開漏電路實現(xiàn)線與”實現(xiàn)電平轉換。 ?

? 2.2、通過GPIO控制寄存器配置的開漏輸出為什么不能直接“線與”？ ????

從前文GPIO簡介可以知道：GPIO口內部由輸入、輸出2部分組成；當GPIO口的OUTPUT被使能，不管OUTPUT是否使能開漏輸出或推挽輸出，GPIO的輸入INPUT<輸入施密特觸發(fā)器>始終開啟。

? 如圖下圖所示，當外部輸入1.8V時，由于IO_VCC 3.3V，1.8V處于中間電平，導致IO輸入部分漏電。具體原因如下： ?

當GPI0口電平與供電電壓VCC相等時，處于input狀態(tài)的內部電路等效為一個PMOS連接到VCC和一個NMOS連接到地；當輸入電壓為VCC時，只導通下管NMOS，不導通上管PMOS，故功耗可以忽略不計。同理，當輸入電平為低電平時，只導通上管PMOS，不導通下管NMOS，功耗也可以忽略不計。

但當GPIO輸入電壓為1.8V時，IO_VCC電壓為3.3V，上管和下管同時微導通，因此通過PMOS、NMOS產生漏電。

三、常用的電平轉換方法、電路： ? ?

3.1、二極管轉換電平（單向轉換）

左側為 5V 電壓域，右側為 3.3V 電壓域：

當左側電壓輸出高電平（5V）時，二極管 D1 截止。右側被上拉到一個 3.3V 的高電平；

當左側電壓輸出低電平（0V）時，二極管 D1 導通，右側被拉到為二極管導通電壓的低電平；

（注：該電路在低電平轉換時存在轉換誤差，該誤差主要來源于二極管正向導通壓降，二極管在選型時，5V 端輸出的 VOL + 二極管正向壓降 VF不能超過 VIL的最大值，MCU 在 3.3V 供電時，VIL電壓最大值為 0.8V，MCU 在 1.8V 供電時，VIL電壓最大值為 0.3*1.8V=0.54V）。

3.2、MOS 管轉換電平（雙向轉換）