レベルシフタ回路
RaspberryPi(3.3vロジック)でNeopixel(5v or 12v)を制御するときには、秋月のロジックレベル変換回路を利用している。
4ビット双方向ロジックレベル変換モジュール BSS138使用: 半導体(モジュール) 秋月電子通商-電子部品・ネット通販
自作センサシステム等(6v ~ 5v)からRaspberryPi(3.3v)に入力したい時には、フォトカプラを使用していた。
今回、大量生産も視野に入れたセンサシステム(5v)からRaspberryPi(3.3v)へのレベル変換に最適な回路を考えてみた。
要件
検討
秋月ロジックレベル変換回路
双方向で4回路入り 200円。
高性能。完成品なので安定している。高い。大きい。 今回は不向き。
フォトカプラ
フォトカプラ TLP785(GBランク): 半導体(モジュール) 秋月電子通商-電子部品・ネット通販
20円のこちらで考える。
Typ入力電流が10mAで大きい。(もしかしたら1mAでも動作するかもしれないが、たぶん保証はされていない)
自作レベルシフタ
秋月ロジックレベル変換回路のHigh->Lowパス1chのみを自前で実装するのが良さそう。
NchMOSFET
NchMOSFET 50V300mA BSS138 Panjit製 (25個入): 半導体(モジュール) 秋月電子通商-電子部品・ネット通販
「GateThresholdが低いから、ロジックレベル変換に最適」とある。
GateThresholdが低い -> 立ち上がりに機敏に反応する -> 元信号からなまり辛い
ということだろうか。 今回はセンサのON/OFFのレベル変換で、高周波特性は考えなくてよいので、正直どのMOSFET/トランジスタでも良さそうである。
値段が100円/25個で安いので、このまま使うことにする。
トランジスタ 反転型
秋月ロジックレベル変換 双方向
(2)の双方向性をなくしたもの。 IN、OUTの電源投入タイミングを問わず。
(3)が良さそうである。 ラズパイのGPIOのINPUT電流は0.5mA以下推奨なので、10kΩの抵抗で良さそうである。
参考リンク
Raspberry PiのGPIOピンの電気的仕様 - TECHHOBBY
レベルシフト回路の必要性と動作原理 【Analogista】
ラジオペンチ LTspiceでレベル変換回路をシミュレーション
分圧によるレベルシフト
下記質問スレッド等をまとめると、
- 負荷(入力側インピーダンス)によって電圧が変わる
- 大きな抵抗を用いると波形がなまる。小さいと消費電流が多い
- 電源投入タイミングによって、逆電流が流れる
この問題がクリアできるならば分圧でも問題ない。