信號電位轉換電路的製作方法

2023-11-03 23:56:22 1

專利名稱：信號電位轉換電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種轉換電路，尤指一種將串行埠(RS232)電壓信號電位轉換為電晶體-電晶體邏輯(Transistor-Transistor-Logic，TTL)信號電位的電路。
背景技術：
隨著通信技術的快速發展，電子工業協會和電話工業協會制定了多種標準來簡化數據通信。而RS232則是最早出現及最為熟知的標準之一，其可識別從-12V到+12V範圍內的電壓信號。雖然RS232標準應用廣泛，但是數位技術的廣泛應用則需要執行不同於RS232電壓範圍的邏輯信號。例如，因具有降低的背景噪音級別的硬體的改進，減小的電壓範圍也變得可用且也可保護在數位技術中應用越來越廣泛的金屬氧化物半導體單薄易碎的柵極絕緣體結構。因而越來越多的邏輯系列都轉向利用較窄的單向電壓範圍，這些邏輯系列中的電壓信號可滿足金屬氧化物電晶體的操作需求。TTL邏輯系列即為其中之一，其可識別0到+5V範圍內的電壓信號。
因RS232信號與TTL信號的電壓範圍不同，其不能互相識別，故支持RS232標準的設備與利用TTL信號電位的設備間不能直接進行通信。
雖然技術的發展越來越超出RS232通信標準的應用範圍，此標準仍被廣泛應用。因此，就需要一種信號電位轉換設備允許支持RS232標準的設備與利用TTL邏輯信號電位的設備間進行通信。
常見的信號電位轉換設備為電位轉換晶片。為了允許支持RS232標準的設備與利用TTL邏輯信號電位的設備進行通信，電位轉換晶片對兩設備間所交換的電壓信號進行電位轉換。因而當一個TTL信號被從利用TTL邏輯信號電位的設備發送至電位轉換晶片，電位轉換晶片將此信號轉換為支持RS232標準的設備所能識別的RS232信號，再傳送至支持RS232標準的設備。同樣的，當一個RS232信號被從支持RS232標準的設備發送至電位轉換晶片，電位轉換晶片將此信號轉換為利用TTL邏輯信號電位的設備所能識別的TTL信號，再發送至利用TTL邏輯信號電位的設備。常用的電位轉換晶片，如National Semiconductor Corporation的DS14C535等，需連接+5V和+12V電壓源。
雖然常見的電位轉換晶片適用於許多應用，且可進行雙向轉換，但其仍存在一些缺點。其一為電位轉換晶片的價格相對來說較為昂貴且較為複雜，對於很少需要進行電位轉換且只需進行從RS232電壓信號轉換至TTL電壓信號的系統來說更是如此。採用電位轉換晶片的另一缺點為其必須連接兩個電壓源以執行電位轉換。
因而，需要一個簡單且較為節省成本的信號電位轉換電路允許利用不同信號電位的設備進行通信，而無需獨立的電位轉換晶片。

發明內容本發明所要解決的技術問題在於提供一種信號電位轉換電路，其允許利用不同信號電位的設備進行通信，而無需獨立的電位轉換晶片。
為了解決上述技術問題，本發明提供的信號電位轉換電路包括一二極體；一第一電阻，其一端與二極體的陰極相連；一金屬氧化物半導體場效應管，該場效應管的柵極與第一電阻的另一端相連，其漏極接地；一第二電阻，其一端與金屬氧化物半導體場效應管的源極相連接；一電壓源，其與第二電阻的另一端相連接。
本發明主要利用一二極體與一金屬氧化物半導體場效應管進行從RS232信號電位到TTL信號電位的轉換，結構較為簡單，且無需獨立的電位轉換晶片，因而可節省成本。

圖1是本發明信號電位轉換電路的電路圖。
圖2是本發明信號電位轉換電路的輸入輸出電壓波形圖。
具體實施方式請參閱圖1，所示為本發明信號電位轉換電路3的實施環境圖。其中RS232設備1支持RS232標準，其電壓信號為+/-12V，TTL設備2採用TTL邏輯電位信號，其電壓信號為0或+3.3V。信號電位轉換電路3經由一輸入端(記為A點)與RS232設備1相連，經由一輸出端(記為B點)與TTL設備2相連，其作用為進行信號電位轉換，即將由RS232設備1輸入的+/-12V的電壓信號轉換為0或+3.3V的電壓信號，然後傳送給TTL設備2，使得RS232設備1和TTL設備2能進行通信。
其中信號電位轉換電路3的電路圖如圖1中虛線框所示。該信號電位轉換電路3是利用金屬氧化物半導體場效應管(metal-oxide-semiconductor field effect transistor，MOSFET)的開關效應來實現的，其包括一輸入端A，用於接收RS232設備1輸入的+/-12V的電壓信號；一二極體D1；一電阻R1；一金屬氧化物半導體場效應管Q1；一電阻R2；一電壓源Vcc；一輸出端B，用於輸出0或+3.3V的電壓信號至TTL設備2。二極體的D1陽極與輸入端A相連，其陰極通過電阻R1與MOSFET管Q1的柵極G相連。MOSFET管Q1的漏極D接地，其源極S通過電阻R2於電壓源Vcc相連，並通過輸出端B連接至TTL設備2。電壓源Vcc的電壓與輸出端B輸出的電壓信號的電壓一致。在本實施方式中，電壓源Vcc的電壓值為+3.3V，電阻R1、R2的阻值均為4.7KΩ。
圖2所示為信號電位轉換電路3輸入端A與輸入端B的電壓波形圖。在本發明中，是利用MOSFET管Q1分別工作在截止區及飽和區的開關效應來實現的。當輸入端A接收到的電壓信號為-12V時，此時二極體D1截止，因此二極體D1陰極處的電壓為0，即Q1的柵極G的電壓UG也為0。因此時Q1的源極S的電壓US＝Vcc＝+3.3V，故VGS＝UG-US＝0-3.3＝-3.3V。在本實施方式中，因MOSFET管Q1採用型號為NDS352AP的MOSFET管，其開啟電壓VGS(th)為-2.5V，VGS＜VGS(th)導致Q1導通而工作於飽和區，因此Q1漏極D與源極S間有電流通過，且電流方向為由源極S流向漏極D，又因漏極D接地，使得地為源極S的參考點，故源極S的電壓為0，因此輸出端B的電壓也為0，此時Vcc的電壓全部加在電阻R2上。
當輸入端A接收到的電壓信號為+12V時，二極體D1導通，忽略D1的壓降不計，則此時Q1柵極G的電壓UG為+12V。而此時Q1源極S的電壓US為+3.3V，VGS＝UG-US＝12-3.3＞-2.5V，故Q1工作於截止區，則Q1的漏極D與源極S間無電流通過，因而源極S的電壓等於電壓源Vcc的電壓，輸出端B的電壓也等於Vcc的電壓，即為+3.3V。這樣，電位轉換電路3就完成了從+/-12V的RS232電壓信號到0或+3.3V的TTL信號的轉換，即根據輸入端A的電壓波形圖得到輸出端B相應的電壓波形圖。
在本實施方式中，電阻R1、R2作用是確保+12V時VGS＞0及-12V時VGS＜0，及提供限流避免Q1燒毀。二極體D1的選擇必須承受其輸入最大逆向電壓即-12V，MOSFET管Q1的選擇必須承受輸入端A經過二極體D1後輸入最大的逆向電壓，即12-0.7＝+11.3V，其中+0.7V為二極體D1的壓降。在本實施方式中，二極體D1可採用型號為1N4148的二極體，MOSFET管Q1可採用型號為NDS352AP的金屬氧化物半導體場效應管。
權利要求
1.一種信號電位轉換電路，用於轉換不同電壓範圍的電壓信號，其特徵在於該轉換電路包括一二極體；一第一電阻，其一端與二極體的陰極相連；一金屬氧化物半導體場效應管，該場效應管的柵極與第一電阻的另一端相連，其漏極接地；一第二電阻，其一端與金屬氧化物半導體場效應管的源極相連接；一電壓源，其與第二電阻的另一端相連接。
2.如權利要求1所述的信號電位轉換電路，其特徵在於該金屬氧化物半導體場效應管為P溝道絕緣柵型場效應管。
3.如權利要求1所述的信號電位轉換電路，其特徵在於該信號電位轉換電路又包括有一輸入端，其與二極體的陽極相連，用於接收初始電壓信號。
4.如權利要求1所述的信號電位轉換電路，其特徵在於該信號電位轉換電路又包括有一輸出端，其與金屬氧化物半導體場效應管的源極相連，用於輸出轉換後的電壓信號。
5.如權利要求1所述的信號電位轉換電路，其特徵在於該電壓源的電壓與轉換後的電壓信號的電壓一致。
全文摘要
一種信號電位轉換電路，該電路包括一二極體；一第一電阻，其一端與二極體的陰極相連；一金屬氧化物半導體場效應管，該場效應管的柵極與第一電阻的另一端相連，其漏極接地；一第二電阻，其一端與金屬氧化物半導體場效應管的源極相連接；一電壓源，其與第二電阻的另一端相連接。該信號電位轉換電路可進行從RS232信號電位到TTL信號電位的轉換，無需獨立的電位轉換晶片，可節省成本。
文檔編號H03K19/0185GK1731678SQ20041005105
公開日2006年2月8日 申請日期2004年8月7日 優先權日2004年8月7日
發明者謝明志 申請人:鴻富錦精密工業(深圳)有限公司, 鴻海精密工業股份有限公司