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降圧(5V→3.3V)、昇圧(3.3V→5V)のレベルシフト(電圧変換)をしたいのですが?

入力トレラント機能を使用した電圧変換 (降圧)
入力トレラント機能を使用した電圧変換 (降圧)

下記に5V→3.3V、3.3V→5Vのレベル変換を示します。

降圧電圧変換:
5V→3.3Vなど高い電圧から低い電圧のレベル変換は、入力トレラント機能により可能です。入力トレラント機能は電源がVCC = 0Vの状態でさえ入力に5Vの電圧が与えられるケースも許容され、不要な電流も流れません。

TTL入力ではない一般のCMOSロジックICの入力規格例 ( 74VHC240 )
TTL入力ではない一般のCMOSロジックICの入力規格例 ( 74VHC240 )

入力トレラントを使用して降圧の電圧変換を行う場合、入力電圧の “L” 電圧の最大値がローレベル入力電圧 VIL(Low-level Input voltage)の規格内に入っていることを確認してください。

TTL入力を利用した電圧変換(昇圧)
TTL入力を利用した電圧変換(昇圧)

昇圧電圧変換:
3.3V→5Vなど低い電圧から高いレベル変換は、前段ICのCMOS出力から後段CMOS入力を駆動する場合、ハイレベル出力電圧VOH ≒ 電源電圧VCCとなるため、VOHが後段ICのハイレベル入力電圧VIH規格を満足すればレベル変換ができます。
一般のCMOSロジックICではハイレベル入力電圧の最小値は VIH = VCC * 0.7 ですので、VCC = 5Vなら 3.5Vとなります。前段が3.3Vの場合、規格を満たしません。この場合は、TTL入力のCMOSロジックICを検討ください。

TTL入力 CMOSロジックICの入力規格例(74VHCT240)
TTL入力 CMOSロジックICの入力規格例(74VHCT240)

下表はTTL入力の入力規格の例(74HCT240)です。VIHの最小値は2.0Vになり、3.3V→5Vの変換が可能なことがわかります。

レベルシフタ―を使用した電圧変換(昇圧 2.0V→5.0V)
レベルシフタ―を使用した電圧変換(昇圧 2.0V→5.0V)

ただし、前段のICの電源電圧が2Vより低い場合は成り立ちません。この場合は、レベルシフタ―を使用する必要があります。

レベルシフタ―の動作範囲例(TC7MPB9326)
レベルシフタ―の動作範囲例(TC7MPB9326)
降圧(5V→3.3V)、昇圧(3.3V→5V)のレベルシフト(電圧変換)をしたいのですが?

オープンドレイン出力の製品を使用して、昇圧電圧変換を行う方法もあります。プルアップ抵抗 Rpull により、出力はVCCレベルまでフルスイングします。

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