不同器件之间的GPIO连接为什么需要电平一致呢？

一、问题：不同器件之间的GPIO连接为什么需要电平一致呢？

如果连接不同电平信号的I/O，驱动IC的输出电压电平可能不满足接收器的输入电压规格，从而导致接收器故障或损坏。

图一、电平转换

1.2、如果各个器件之间的电压不匹配，可能会出现何种异常现象：

将某个信号从高电压电平输入至低电压电平的器件，如<图一>右上图所示。低压侧的器件输入电路的耐压通常较低，如果输入高于芯片耐压值的电压，该器件可能会遭损毁。

将某个信号从低电压电平输入至高电压电平的器件，如<图一>左下图所示。如果在高压侧的器件上施加接近输入阈值的电压，则无法识别高电平信号，从而导致故障。

二、问题：既然GPIO允许被配置为开漏输出。那么是否可以直接使用开漏功能实现不同电平之间转换呢？比如：3V-1.8V

2.1、实现开漏输入、输出功能的引脚大至分为两大类：

输入、输出引脚内部电路是真正的MOS开漏、三极管开集电极输出形式：比如电平转换的专用缓存器、使用MOS管搭建的开漏输入、输出电路。此类功能的芯片、电路使用较简单。

普通的GPIO引脚通过配置控制寄存器，实现开漏极输出功能。注意：此类GPIO使用较为复杂，不能简单的认为利用“开漏电路实现线与”实现电平转换。

2.2、通过GPIO控制寄存器配置的开漏输出为什么不能直接“线与”？

从前文GPIO简介可以知道：GPIO口内部由输入、输出2部分组成；当GPIO口的OUTPUT被使能，不管OUTPUT是否使能开漏输出或推挽输出，GPIO的输入INPUT<输入施密特触发器>始终开启。

如图下图所示，当外部输入1.8V时，由于IO_VCC 3.3V，1.8V处于中间电平，导致IO输入部分漏电。具体原因如下：

当GPI0口电平与供电电压VCC相等时，处于input状态的内部电路等效为一个PMOS连接到VCC和一个NMOS连接到地；当输入电压为VCC时，只导通下管NMOS，不导通上管PMOS，故功耗可以忽略不计。同理，当输入电平为低电平时，只导通上管PMOS，不导通下管NMOS，功耗也可以忽略不计。

但当GPIO输入电压为1.8V时，IO_VCC电压为3.3V，上管和下管同时微导通，因此通过PMOS、NMOS产生漏电。

三、常用的电平转换方法、电路：

3.1、二极管转换电平（单向转换）

左侧为 5V 电压域，右侧为 3.3V 电压域：

当左侧电压输出高电平（5V）时，二极管 D1 截止。右侧被上拉到一个 3.3V 的高电平；

当左侧电压输出低电平（0V）时，二极管 D1 导通，右侧被拉到为二极管导通电压的低电平；

（注：该电路在低电平转换时存在转换误差，该误差主要来源于二极管正向导通压降，二极管在选型时，5V 端输出的 VOL + 二极管正向压降 VF不能超过 VIL的最大值，MCU 在 3.3V 供电时，VIL电压最大值为 0.8V，MCU 在 1.8V 供电时，VIL电压最大值为 0.3*1.8V=0.54V）。

3.2、MOS 管转换电平（双向转换）