模组串口电路常见电平匹配方法

模组UART、IO、IIC、SPI等外围接口电(píng)域通常为1.8V、2.8V、3V，主流单片机系统的电(píng)域通常为3.3V和5V，当模组与单片机系统进行数据交互时，由于通信双方电(píng)不匹配，可能导致通信失败、电流倒灌、功耗异常、电压异常等问题。为帮助客户解决此类问题，本文将介绍几种常见的电(píng)匹配方法，建议根据实际情况具体选择。

一、直接连接方式

通信双方直连，中间串联一个限流电阻，如图1（2.8V输出与3.3V输入）。直连需满足以下要求：

①2.8V输出的VOH min大于3.3V输入的VIH min；

②2.8V输出的VOL max小于3.3V输入的VIL max。

若通信双方进行直接连接，必须仔细阅读器件规格书，了解MCU和模组的IO口输入输出特性及参数；此外，当高电压系统（如5V）输出高时，还应注意低电压系统IO 口的耐压值是否满足要求。

图1直接连接

二、电阻分压方式

通信双方利用电阻分压进行电(píng)匹配，将3.3V电(píng)转换为2.8V电(píng)，由电阻分压公式可计算出对应阻值，如图2。应用时应注意在功耗和转换时间之间进行权衡。为了使接口电流的功耗需求最小，R18和R19应尽可能大，但寄生电容的存在会使输入信号的上升和下降时间同步增加，在通信速率较高的情况下，可能导致通信失败。

图2电阻分压

三、二极管钳位方式

通信双方利用二极管的钳位特性进行电(píng)匹配，如图3。

①如果VIN>3.3V VF，则VOUT=3.3V VF；

②如果VIN<=3.3V VF，VOUT=VIN。

（VF：二极管的正向导通压降）

选用的电阻R20必须要能保护二极管和3.3V电源，同时还不会对模拟性能造成影响。如果3.3V电源的阻抗太低，那么这种类型的钳位可能致使3.3V电源电压上升。同时，在通信速率较高的情况下，由于二极管存在结电容，此类转换可能会使输入信号对3.3V电源产生干扰。

图3二极管钳位

四、二极管稳压方式

通信双方利用齐纳二极管的稳压特性进行电(píng)匹配，如图4。

①如果VIN>VBR，VOUT=VBR；

②如果VIN<=VBR，VOUT=VIN。

（VBR：齐纳二极管的反向击穿电压）

齐纳二极管的速度通常要比二极管钳位中所使用的快速信号二极管慢。齐纳钳位一般来说更可靠，钳位时不依赖于电源的特性参数，钳位的大小取决于流经二极管的电流，由R21的值决定。

图4二极管稳压

五、二极管隔离方式

通信双方利用二极管的单向导通特性进行电(píng)匹配，如图5。