技術メモ

電子工作 Unityとか

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

  • できるだけ安価
  • 省スペース
  • 5v -> 3.3v オンリー。
  • 出力側インピーダンスは高い。1mA以下の入力をしたい。
  • 1ch
  • 低周波(センサのオンオフレベル)
  • nano秒レベルのディレイを許容

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。

  1. トランジスタ 反転型

  2. 秋月ロジックレベル変換 双方向

  3. (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。

5->3.3vへのレベル変換を調べると、抵抗分圧の物が、”アマチュアの場... - Yahoo!知恵袋