I2C总线—电平转换
我们先来看一张图，熟悉i2c的人一看，这不是i2c的level shifter电路嘛，在philip的i2c标准里面有，没有啥复杂的。
我们先来解读下这张图，i2c的level shifter是通过nmos管来实现的，有人可能会问，为什么不用pmos呢？一般情况下，只有在外部电源输入端，我们设计inrush电流缓启动或者防反插电路的时候才会用到pmos。
理由很简单， pmos是低电平打开，电源插入瞬间系统其实还没有用于打开mosfet的高电平，所以只能选择pmos， 而nmos体积小，rdson低，在系统内部会更多选择nmos。
我们来举个pmos的用例：
言归正传，我们来继续讨论i2c问题。首先我们要牢牢记住，i2c是open-drain，所以level shifter电路的两边都是上拉电阻rp的，下面讲下这个电路是怎么工作的。
下图是两张i2c的基本操作时序图，分别是master对slave所做的读和写：
我们可以看到， sda一定是双向的，既然是双向的，那么就有四种情况，我们来一一解释level shifter是怎么来cover它们的。（注意：这里面会含有一个facebook的问题，不要忘记自测哦。）
01
第一步，master往slave发数据1
**1) **左边mastersda_1为输出，驱h-3.3v，nmos的vgs=0, 此时nmos关闭；
**2) **右边的slave的sda_2是输入，对外呈现高阻；
**3) **nmos关断和slave为输入，导致sda_2悬空；
**4) **最终sda_2依靠rp2上拉到5v，完成3.3v到5v的转换。
02
第二步，master往slave发数据0
1) 左边mastersda_1为输出，驱low=0，nmos的vgs>0, 此时nmos打开；
**2) **右边的slave的sda_2是输入，对外呈现高阻；
3) nmos打开和slave为输入，导致sda_2=sda_1=0；
**4) **最终sda_2被sda_1拉到0，完成低电平的转换。
03
第三步，slave往master发数据1
1) 右边slave sda_2为输出，驱h-5v；
**2) **左边master sda_1为输入，对外高阻, 被rp1上拉到3.3v；
**3) **nmos 因为vgs=0一直关闭；
**4) **nmos关闭，master sda_1维持3.3v高电平，完成电平转换。
04
第三步，slave往master发数据0
**1) **右边slave sda_2为输出，驱low；
**2) **左边master sda_1为输入，对外高阻, 被rp1上拉到3.3v；
**3) **nmos 因为vgs=0一直关闭；
**4) **nmos关闭，master sda_1为3.3v高电平。
问题来了，我们看到右边的sda_2位low，但是左边的是sda_1位high，那不是失败了嘛，不可能啊，这个电路是好的啊。
我们来看看下一步会发生什么，其实这个问题没有那么难，仔细看看这张图，还是比较容易发现线索的。
我们来揭晓答案： 大家看看上图的nmos下面多了一个二极管，我们把这个二极管叫做body diode，它会在这个时候发挥作用。
**5) **由于左边sda_1为高，右边sda_2为low, body diode导通；
**6) **sda_1被拉低，导致nmos vgs>0 后打开；
**7) **nomo打开后，sda_1和sda_2相当于短在一起；
**8) **最终左边sda_1被右边的sda_2拉低变为low。
我们看到由于体二极管的作用，打开nmos管，使得右边slave输出的l=0顺利到达左边的master sda_1输入端。
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言归正传，我们来继续讨论i2c问题。首先我们要牢牢记住，i2c是open-drain，所以level shifter电路的两边都是上拉电阻rp的，下面讲下这个电路是怎么工作的。
下图是两张i2c的基本操作时序图，分别是master对slave所做的读和写：
我们可以看到， sda一定是双向的，既然是双向的，那么就有四种情况，我们来一一解释level shifter是怎么来cover它们的。（注意：这里面会含有一个facebook的问题，不要忘记自测哦。）
01
第一步，master往slave发数据1
**1) **左边mastersda_1为输出，驱h-3.3v，nmos的vgs=0, 此时nmos关闭；
**2) **右边的slave的sda_2是输入，对外呈现高阻；
**3) **nmos关断和slave为输入，导致sda_2悬空；
**4) **最终sda_2依靠rp2上拉到5v，完成3.3v到5v的转换。
02
第二步，master往slave发数据0
1) 左边mastersda_1为输出，驱low=0，nmos的vgs>0, 此时nmos打开；
**2) **右边的slave的sda_2是输入，对外呈现高阻；
3) nmos打开和slave为输入，导致sda_2=sda_1=0；
**4) **最终sda_2被sda_1拉到0，完成低电平的转换。
03
第三步，slave往master发数据1
1) 右边slave sda_2为输出，驱h-5v；
**2) **左边master sda_1为输入，对外高阻, 被rp1上拉到3.3v；
**3) **nmos 因为vgs=0一直关闭；
**4) **nmos关闭，master sda_1维持3.3v高电平，完成电平转换。
04
第三步，slave往master发数据0
**1) **右边slave sda_2为输出，驱low；
**2) **左边master sda_1为输入，对外高阻, 被rp1上拉到3.3v；
**3) **nmos 因为vgs=0一直关闭；
**4) **nmos关闭，master sda_1为3.3v高电平。
问题来了，我们看到右边的sda_2位low，但是左边的是sda_1位high，那不是失败了嘛，不可能啊，这个电路是好的啊。
我们来看看下一步会发生什么，其实这个问题没有那么难，仔细看看这张图，还是比较容易发现线索的。
我们来揭晓答案： 大家看看上图的nmos下面多了一个二极管，我们把这个二极管叫做body diode，它会在这个时候发挥作用。
**5) **由于左边sda_1为高，右边sda_2为low, body diode导通；
**6) **sda_1被拉低，导致nmos vgs>0 后打开；
**7) **nomo打开后，sda_1和sda_2相当于短在一起；
**8) **最终左边sda_1被右边的sda_2拉低变为low。
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