利尔达科技集团股份有限公司
【技术分享】Lierda NB-IoT&Cat.1 串口电平转换电路方案说明
来源:利尔达科技 作者:利尔达 日期:2024-02-23 浏览量:333
用户在使用NB&Cat.1模组标准AT通信时,模组与外设MCU会出现串口电压不匹配的情况(如MCU电压3.6V,模组UART串口电压1.8V),为了避免产生漏电流及对串口引脚产生损伤,此时需要通过串口电平转换电路来实现模组与MCU之间的数据通信。本文给出了NB-IoT&Cat.1的串口电平转换推荐电路,同时针对该电路的性能做相关分析,便于用户快速、可靠的完成相应的电路设计与开发。

1、串口电平转换电路

1.1 参考电路
图1.1 电平转换电路

  注:
  1、二极管电路中需特别关注二极管方向。
  2、如果模组内部无上拉,则二极管转换电路需要外部上拉,上拉电阻建议不低于10k。
  3、本文档中MCU_TXD电平默认输出3V,VCC_EXT电平默认1.8V,后续不再赘述。
  4、模组VCC_EXT电平具体数值参考模组硬件设计手册。

1.2 功能说明


二极管转换电路导通与截止说明

三极管转换电路导通与截止说明
  注:
  1、C1为去过冲电容,当输入信号存在过冲时,可减缓三极管截止速度,进而使输出波形上升沿变缓慢,如果输入信号无过冲时,可以去除C1电容。
  2、R1为输出端上拉电阻,阻值越大导通功耗越低,但是波形上升沿越缓慢,如果输出端对应电路因为输入(寄生)电容大导致波形畸变较为严重时可适当减小R1阻值,但不可小于220Ω,防止三极管工作在放大区造成工作异常。

1.3 推荐选型
二极管推荐如下:
品牌:LRC 规格型号:LRB520S-30T1G 封装:SOD-523
图2.2  LRB520S-30T1G实物图
图2.3  LRB520S-30T1G正向压降特性

  注:
  1、二极管选型需注意串口低电平门限值,且保留余量。
  2、上述推荐二极管型号正向压降实测25V。

三极管推荐如下:
品牌:CJ 规格型号:S8050 J3Y 封装:SOT-23
图2.4  S8050 J3Y实物图
图2.5  S8050 J3Y电气特性

  注:三极管选型需关注转换速率是否能满足电路要求。

2、测试数据
本章节主要描述二极管电平转换电路和三极管电平转换电路在9600bps,115200bps,961200bps,2Mbps波特率下,电平转换电路的表现情况。
图2.1 二极管电平转换电路9600bps信号波形
图2.2 二极管电平转换电路115200bps信号波形
图2.3 二极管电平转换电路921600bps信号波形
图2.4 二极管电平转换电路2Mbps信号波形
图2.5 三极管电平转换电路9600bps信号波形
图2.6 三极管电平转换电路115200bps信号波形
图2.7 三极管电平转换电路921600bps信号波形
图2.8 三极管电平转换电路2Mbps信号波形

  说明:
  1、黄色为输入波形,绿色为输出波形。
  2、115200bps(或以下)波形输出稳定,921600bps(或以上)无明显畸变,满足串口通信要求。
  3、由于硬件器件,硬件测试设备等差异,用户产品的电平转换电路实际应用大于1Mbps时,建议用户进行相关串口波形验证测试,以上数据供参考。

3、测试结论
通过二极管、三极管搭建的串口电平转换电路逻辑简单、成本低、维护方便,同时通过对应电阻、电容的合适匹配满足最高2Mbps的通信速率,可满足NB-IoT&Cat.1的串口电平转换应用的需求。