前言

    利用MOS管可以搭建几种电平转换电路，最近在评审原理图的时候，看到如下的这种双向电平转换电路产生了一点疑问,做了一些详细的分析和验证。

一、MOS管双向电平转换是否有风险

     上图是通过MOS管实现的3.3V转1.8V电路。电路是可以实现双向电平转换的，我们实际用的是单向。

      有一个疑问，当输入0电平的时候，输出电平是多少？ 是不是体二极管的压降VSD，如果VDD_1V8-VSD＜VGSth，MOS管的能否完全导通？

     找到MOS管的Datasheet看下，如下图所示：VGSth要大于1.5V才能保证导通。由于上拉电阻10k，ID=1.8V/10k=0.18mA，VSD在0.6V左右。

VDD_1V8-VSD=1.8-0.6=1.2V＜VGSthmax=1.5V。极限情况下MOS无法导通！！！

二、实验验证

    接下来我们实际测试下是不是这样的结果。

    上述电平转换电路中，直接将MOS管D极接地，调节G极的电压，并同时测量S极电压。结果如下：

    其中ISD=VGS/10k，RDS=VSD/ISD。

  最后3列的误差会比较大，因为是用示波器测试的，VS电压会有误差，应该会小于10mV

    从上述数据可以看出，体二极管的导通压降约等于0.32V，VGSth约等于1.1V。

    但是!    与预估的完全不一样，即使VGS小于VGSth，VSD也不是等于体二极管导通压降。而是会远小于体二极管导通压降。

    从测试数据也可以推测出，即使VGSth=1.5V，VG电压也只需要达到1.5V就可以让MOS管正常导通。

    为什么是这样的结果呢？ 当G管脚通过体二极管导通到0.32V后，随着VGS 的电压增加，此时MOS内阻RDS会快速降低，VGS（IDS*10k）继续变大，导致S脚的电压继续降低，形成一个类似正反馈，让MOS管导通。

总结

    对于文中所示的电平转换电路，当D极输入0电平时，MOS管G极电压并不需要大于VGS(th)+VSD ,只需要大于VGS(th)就能让MOS完全导通。

    另外对于文中测试用到的MOS管，通万用表直接测试，体二极管导通压降为0.49V，与上电后测试的结果0.32V差异较大，不知道什么原因。猜测是MOS管上电后，结温升高，导致导通压降降低。

最后

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