一个简单的正电转负电控制(FET驱动)电路

在微波高频射频电路设计中,常常需要负电压控制,但MCU通常输出正电压。本文介绍了三种将正电压转换为负电压的方法:1) 使用FET驱动芯片,体积大但转换效率高;2) 通过三极管转换,简单但不易级联;3) 利用稳压二极管和反相器,体积小、成本低且易于实现。推荐使用第三种方法,通过反相器和稳压二极管组合,可以输出互补的负电压控制信号,适用于小体积布局。

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在硬件电路设计时,特别是在使用微波高频射频开关等器件时,有很多器件需要用到负电控制,而我们常用的AMR或FPGA等MCU控制芯片输出的电压往往是+3.3V,即使是常用的译码器等,输出的也通常是正电LVTTL或CMOS电平,那么我们该如何处理成负电呢?

方法1、

用FET驱动芯片,将这些控制电平转换为我们所需要的负电进行控制,很多公司都有现成的FET驱动芯片,不过体积一般比较大,并且价格也不低;

方法2、

用三极管进行电源极性的翻转,三极管的方法也不失为一个好方法,但是三极管只能转换一路,不易级联等;

方法3、

使用一个稳压二极管与反相器来实现控制电压极性的翻转,该方法的优点是如果选用双非门的话,则可以输出两个互补的控制信号,并且二极管和非门的体积很小,电路很容易实现,小体积情况下也方便布局,输出的控制电压可根据所选用的器件决定。

原理如下图所示:

watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBA5aSp55Sf5Y-M55y855qu,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16

如上图所示,我们需要用MCU_OUT控制线去控制C点(被控制器件1)以及D点(被控制器件2)。

该例选用一个稳压二极管与一个双非门反相器(为了便于实现两个互补的C、D控制电平)。

我们将反相器原来的电源VCC接地,反相器原来的GND接负电源(注意:如果C、D两点的控制电为-3.3V,那么-VCC=-3.3V,如果需要-5V,则-VCC=-5V即可。如果需求的-3.3V接到了-5V,很可能烧坏芯片哟,所以注意电压范围)。

此时,当A点MCU_OUT信号为低电平(即0V)时,B点为高(-VCC),经过反相,C点为低(0V),因为D和D互为反相,所以D点为高(-VCC);

当A点MCU_OUT信号为高低电平(即+3.3V)时,B点为低(0V),经过反相,C点为高(-VCC),因为D和D互为反相,所以D点为高低(0V);

如下表所示:

watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBA5aSp55Sf5Y-M55y855qu,size_16,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16

 用以上电路就可以不用FET 驱动器芯片,并且具有体积小,低成本等优势,何乐而不为呢?

### 关于负电层的概念 负电层并非一个标准术语,但在某些上下文中可能涉及特定含义。基于现有引用内容和专业知识,可以推测其与电信号中的“负电平”有关。 #### 1. **负电平的定义** 在数字信号传输中,“负电平”通常指的是低于参考电压(通常是地电位)的电压状态[^1]。例如,在不归零编码方案中,比特0可以用持续一段时间的负电平来表示,而比特1则用正电平表示。这种机制通过不同的电压水平区分二进制数据。 #### 2. **负电层的潜在解释** 如果假设“负电层”是指某种分层结构或抽象概念,则可以从以下几个方面理解: - **物理层面**: 在实际电路设计中,可能存在一种被称为“负电源平面”的布局方式,用于提供稳定的负电压供给。这类似于PCB板上的接地层(Ground Plane),但专门服务于需要负电压的工作模块[^2]。 - **逻辑层面**: 如果讨论的是通信协议栈或者软件架构,“负电层”可能是对某一层功能的形象化描述,比如负责处理反向操作的数据链路层子集。 #### 3. **电磁场背景下的扩展意义** 当提到介质特性时,特别是在导引型传输媒体如同轴电缆内部,存在内外两层导体之间形成的电场分布情况。这里所谓的“负”,也许暗指相对于中心阳极而言处于较低势能位置的部分[^3]。 需要注意的是以上分析均建立在合理推断基础上,并未找到确切匹配该表述的标准资料支持具体定义,请进一步确认需求场景以便给出更精准解答。 ```python # 示例代码展示如何判断输入信号属于哪类电平 def determine_signal_level(voltage): if voltage > 0: return 'Positive Level' elif voltage < 0: return 'Negative Level' # 对应所谓"负电层" else: return 'Zero Level' print(determine_signal_level(-5)) # 输出 Negative Level 表明进入假定意义上的负电层区域 ```
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