3.3v to 5v 로직 컨버터 원리

3.3V to 5V 로직 컨버터는 위와 같이 3.3V 전원, 5V 전원 N-채널 mosfet으로 이루어져 있다. 

로우 사이드(Low side)의 전압은 0볼트부터 3.3볼트까지,

하이 사이드(High side)의 전압은 0볼트부터 5볼트까지의 범위를 가진다. 

이 로직 컨버터는 양방향(bi-directional)로 동작 가능하고

둘 모두 10k저항으로 풀업 되어 있기 때문에 아무런 작동을 시키지 않는다면 

1(logical high)의 상태를 가진다. 

먼저 3.3v 입력을 5v로 변환시키는 방향으로 해석을 해보면

1을 입력으로 넣었을 때는 mosfet이 작동하지 않기 때문에 서로 3.3v와 5v의 상태를 가진다.

만약 로우사이드에서 0을 출력하는 경우 mosfet의 소스와 게이트 사이의 전위차가 3.3v만큼 발생하여 mosfet이 작동하게 되며

이에 따라 하이 사이드 부분의 전위가 5v에서 0v로 내려가게 된다. 

따라서 하이 사이드 쪽으로 전류가 통하여 전압이 낮아진다(0)

반대로 5v입력을 3.3v로 변환하는 경우를 보았을 때

하이사이드에서 1을 출력하면 이전의 경우와 같이 mosfet이 작동하지 않고

하이 사이드가 0을 출력하는 경우 mosfet내부의 다이오드로 인하여 3.3v 전원으로부터 소스 풀업 저항을 지나 하이사이드 쪽으로 흐른다. 다이오드의 전압강하로 인하여 로우 사이드 쪽의 전위는 약 0.7v정도가 되며 이 때의 소스와 게이트 사이의 전위차로 인하여 mosfet이 작동한다. mosfet이 작동하면 로우 사이드의 전압이 0v로 낮아진다. 

3.3v의 전원입력은 꼭 필수인 부분은 아니며 3.3v의 전원이 없는 경우 저항 분압을 통하여 gate에 3.3v의 전원을 공급해 주면 된다. 

http://www.hobbytronics.co.uk/mosfet-voltage-level-converter