不同工作电压组件间的桥接
半导体产业致力于发展“更小、更快、更便宜、更好”的产品。目前的PDA功能比早期体积庞大的计算机更加强大。到目前为止，大部分用来缩减体积的方法都是借着缩减组成各组件的晶体管体积。然而，随着嵌入式系统中晶体管的尺寸越来越小，大多数组件转而采用更低的电源电压，以实现“更小、更快、更便宜、更好”的产品。但在转换的过程，系统中的某些组件需要更长的时间，而无法同步升级。因此，在3.3V的系统中可能存在5V组件；亦或是5V系统中可能存在3.3V组件。
对嵌入式设计人员来说，解决方法之一是采用逻辑电位转换器(level translators)，但采用电位转换器并非成本效益比最高的解决方案。本文将讨论如何以低成本方式将一个3.3V的微控制器(MCU)与一个5V的外围装置连结起来。
如果要将5V设计转为3.3V，第一件事就是寻求电源为3.3V但其它性能相同的微控制器。大多数情况下，都能找到支持3.3V的同级微控制器。而且成本持平、甚至更低。如果找不到可在3.3V下运作的替代组件，则须采用双电源。本文的重点就是集中在双电源供电的设计。
就像两个来自世界两端的人要沟通，首先两者要能够彼此了解。同样的，要把5V和3V下运作的组件加以结合，道理也是一样。首先必须理解逻辑电位(voltage logic levels)和输入/输出结构。对于输入，需要考虑VIH(保证被检测为high的输入电压)和VIL(保证被检测为low的输入电压)。将3.3V系统连接到5V组件时，VIH通常会比VIL带来更大的问题。当然，这并不是说可以忽略VIL参数。驱动组件必须输出高于接收组件VIH(min)值的电压才能保证正确的逻辑检测。但是，电压过高也不好。
几乎所有CMOS组件在所有I/O接脚都具备ESD保护电路。实现ESD保护最常见的方法是采用箝位二极管将这些接脚连接到Vdd和Vss。这通常意味着最大输入电压为Vdd+0.3V，最小输入电压为Vss-0.3V。如果电压超出范围，保护二极管就会导通；如果输入端没有串联电阻，极大电流就会通过二极管，并有可能启动闩锁效应。电压若是够高(如3.3V系统中的5V输入)，那么串联电阻必须非常大才能保证箝位电流处于安全范围。电阻若是够大，那么由于接脚电容和PCB设计而引起的低输入电容可能就会变得重要起来。RC时间常数会导致讯号延迟。许多制造商都建议不要使用箝位二极管实现ESD保护。因此，采用串联电阻并非使5V系统与3.3V组件兼容的最好方法。
标准CMOS组件的逻辑电位，大多数VIH(min)都是0.7Vdd或0.8Vdd；而VIL(max)大约在0.2Vdd或0.3Vdd。对于5V逻辑，对应的VIH为3.5V或4.0V，VIL(max)为1.0V或1.5V。在低负载时，大多数CMOS组件的输出都接近于电源电压(0.1或0.2压降)。随着负载电流增加，VOH会变低。因此，确定VOH必须要考虑负载电流。
与串联输入电阻相比，更好的方法是采用电阻分压将5V讯号转换到3.3V输入范围内(见图2)。
