雙向電壓電平轉換器（Bidirectional Voltage Level Shifter）是一種電子器件，用于在不同電壓域的電路之間實現雙向信號傳輸。其核心作用是解決高低電平不兼容的問題，確保信號在不同電壓設備之間穩定、可靠地傳遞。

一、雙向電壓電平轉換器的主要作用

1. 電平匹配

• 將信號的電壓從一種邏輯電平（如 1.8V、3.3V）轉換為另一種邏輯電平（如 5V），適配不同電壓的設備。

• 示例：3.3V 的微控制器與 5V 的傳感器通信時，需將 3.3V 信號轉換為 5V，同時將 5V 信號轉換為 3.3V。

2. 雙向通信支持

• 支持信號的雙向傳輸，適用于需要主動發送和接收數據的場景（如 I2C、SPI、GPIO 等）。

• 示例：I2C 總線上的主設備（3.3V）與從設備（5V）通信時，雙向電平轉換器可自動識別信號方向并完成轉換。

3. 信號完整性保護

• 防止因電平不匹配導致的信號失真、誤觸發或設備損壞。

• 示例：直接將 5V 信號輸入 3.3V 設備可能損壞其輸入引腳，雙向電平轉換器可避免此類風險。

4. 提高系統兼容性

• 允許不同電壓標準的設備在同一系統中協同工作，降低系統設計復雜度。

• 示例：在混合電壓系統中（如 FPGA、微控制器、傳感器），雙向電平轉換器可統一通信接口。

二、典型應用場景

三、雙向電平轉換器的工作原理

1. 電壓檢測與方向控制

• 雙向轉換器通過內部電路自動檢測信號方向，無需外部方向控制引腳。

• 示例：當 A 端信號高于 B 端時，轉換器將信號從 A 端傳遞到 B 端；反之亦然。

2. 低功耗設計

• 采用 CMOS 工藝，靜態功耗極低，適合電池供電設備。

• 示例：TXS0108E 在無信號傳輸時，靜態電流僅為 1μA。

3. 高速傳輸能力

• 支持高速通信協議（如 SPI 速率可達 100MHz），滿足實時性要求。

• 示例：MAX3370 支持 I2C 快速模式（400kHz）和 SPI 高速模式。

四、常見雙向電平轉換器芯片

芯片型號	特點	應用場景
TXB0108	8 通道雙向電平轉換，支持 1.2V~3.6V 輸入	SPI、I2C、GPIO
PCA9306	雙向 I2C 電平轉換，支持 1.2V~5.5V 輸入	I2C 總線
TXS0108E	8 通道雙向電平轉換，低功耗	電池供電設備
MAX3370	雙向電平轉換，支持高速信號（100MHz）	高速 SPI、I2C

五、雙向電平轉換器的優勢

1. 簡化設計：無需額外電路（如分壓電阻、二極管鉗位），減少 PCB 布局復雜度。

2. 提高可靠性：內置保護電路，防止過壓、過流損壞設備。

3. 靈活性強：支持多種電壓組合（如 1.8V/3.3V/5V），適應不同應用需求。

4. 成本效益：相比獨立設計電平轉換電路，芯片方案成本更低，開發周期更短。

六、總結

雙向電壓電平轉換器是混合電壓系統中的關鍵組件，其核心作用是解決電平不匹配問題，實現雙向信號傳輸。通過自動方向識別、低功耗設計和高速傳輸能力，它為工程師提供了高效、可靠的解決方案，廣泛應用于 I2C、SPI、GPIO 等通信接口中。

選擇建議：

• 低速通信（如 I2C）：優先選擇 PCA9306、TXS0108E。

• 高速通信（如 SPI）：優先選擇 MAX3370。

• 多通道需求：優先選擇 TXB0108。