Bidirektional von 5V auf 3,3V

[Thomas (Gast)]

Hi Leute,

ich weiß das Thema wurde schon sehr oft diskutiert. Es geht darum für 
eine SPI Schnittstelle zwischen dem Raspberry und Bauteilen mit TTL 
Pegeln zu kommunizieren.

Dazu hab ich bei ebay folgenden Artikel gefunden der bidirektional 
funktionieren soll
http://www.ebay.de/itm/4-hannel-3-3V-5V-Logic-Level-Converter-Bidirektional-Shifter-Modul-/272346453292?hash=item3f691d152c:g:6EwAAOSwIgNXtuJS

Auf dem Bild ist ein SMD Bauteil mit der Aufschrift J1 zu sehen.

Frage #1:
Was ist das für ein Bauteil? Handelt es sich um einen Voltage Detector? 
Nach SMD Code Liste müsste es eines dieser Bauteile sein:
- n-MOS-e V-MOS, LogL, 60V, 0,7A, <0,9Ω
- Z-diode 16V±5%, 410mW
- Z-diode 16V±5%, Zzt=17Ω, 200mW
- CMOS-IC Voltage Detector 1,2V±2.0%, Reset Open drain output
- CMOS-IC Voltage Detector 4,1V, -Reset Push-pull output, 240ms
- C-diode VHF/UHF-Tuning, 25V, 330mW, 10pF(2V), ∆C ±20%
- C-diode VHF/UHF-Tuning, 25V, 330mW, 10pF(2V), ∆C ±10%
- C-diode VHF/UHF-Tuning, 25V, 330mW, 10pF(2V), ∆C ±5%
- Si-pnp GP, AF, 30V, 800mA, 200mW, B=100..200, 120MHz
- Si-pnp GP, AF, 30V, 800mA, 200mW, B=130..320, 120MHz

Frage #2:
Wie funktioniert diese Schaltung? Speziell das bidirektionale Verhalten?
Im Anhang der Schaltplan, welchen ich Anhand der Bilder von der 
Leiterplatte erstellt habe (Fehler nicht ausgeschlossen)

[hinz (Gast)]

AN10441 von NXP

[HildeK (Gast)]

Das Bauteil ist höchstwahrscheinlich ein nMOSFET, wie in diesem 
Beispiel:
http://husstechlabs.com/support/tutorials/bi-directional-level-shifter/
Gibt es auch als fertige Bauelemente, einfach mal Google bemühen ...

[Joachim B. (jar)]

ein FET und 2 R

https://www.google.de/search?q=3,3V+5V+io&client=firefox-b&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwiq7tml0JbPAhVHXRoKHQvCD9kQ_AUICCgB&biw=1270&bih=663#tbm=isch&q=3%2C3V+5V+io+pegelwandler

die kleinen Platinen und Schaltbild sieht man auch.

https://www.mikrocontroller.net/attachment/231214/Pegelwandler_.wikipedia.PNG

[Thomas (Gast)]

Ok. 3,3V auf 5V verstehe ich bei dieser Schaltung:
https://www.mikrocontroller.net/attachment/231214/Pegelwandler_.wikipedia.PNG

Wie funktioniert 5V auf 3,3V genau?
Wird bei Ub 5V angelegt macht T1 ja praktisch nichts und bei Ua erhalte 
ich durch R1 welcher in diesem Fall wohl als Pull Up agiert den 3,3V 
Pegel richtig?

Wird bei Ub jedoch 0V angelegt müsste Ua ja auch auf 0V gezogen werden. 
Geschieht dies durch die antiparallel geschaltene Diode in T1? Erhalte 
ich dann tatsächlich einen 0V Pegel oder einen Pegel um 0,7V wegen der 
Diode?

[Rudolph R. (rudolph)]

Erstmal braucht man für SPI keinen Bi-Direktionalen Pegel-Wandler, die 
Signale sind jeweils nur uni-direktional. :-)

Die Schaltung mit dem FET kannst Du für SPI vergessen, es sei denn der 
Takt soll nicht allzu hoch sein.
So 2 MHz bei kurzen Verbindungen ist noch drin, darüber werden die 
Pullup Widerstände langsam zu nieder-ohmig wenn man ein ordentliches 
Signal haben will.
Die Application-Note ist ja auch für I2C.

Ich benutze aktuell 74LCX125 als Pegelwandler, die werden mit 3,3V 
versorgt und vertragen die 5V an den Eingängen, mit den getrennt 
ausgeführten Output-Enable kann man MISO in Abhängigkeit von CS vom Bus 
trennen.

[Thomas (Gast)]

Das ist richtig, die einzelnen Signale der SPI sind erstmal 
unidirektional. Es geht aber darum die Schaltung für beide Richtungen zu 
verwenden. von 5V auf 3,3V kann ich natürlich auch einen einfachen 
Spannungsteiler verwenden. Es geht mir jedoch mehr darum die Schaltung 
zu verstehen.

Ist der FET wirklich zu langsam? Schneller als 8MHz kann ich mit meinem 
Atmega und 16MHz Takt eh nicht kommunizieren. Der Raspberry kann 
anscheinend bis zu 125MHz. Aber so schnell muss es nicht sein.

Legen wir uns nicht unbedingt auf SPI fest. Es kann auch I2C, oneWire, 
UART etc. sein.

Nochmal die Frage, wie kommt der 0V Pegel an die 3,3V Seite bei dieser 
Schaltung?
https://www.mikrocontroller.net/attachment/231214/Pegelwandler_.wikipedia.PNG
Wird hier die parasitäre Diode genutzt? Bekommt man hier trotzdem einen 
annähernd guten 0V Pegel?

[Rudolph R. (rudolph)]

Wie oben schon genannt, das steht in der App-Note dazu:
http://www.nxp.com/documents/application_note/AN10441.pdf

Und ja, das ist langsam, die steigenden Pegel sind von den Widerständen 
abhängig.
Die kann man nur nicht beliebig klein machen.

Die 74LCX125 kann man in beide Richtungen benutzen, weil die Eingänge 
die höhere Spannung vertragen.

[Alexxx (Gast)]

Und es gibt die - anscheinend völlig unbekannten 
NC7SZxx/NC7WZxx-Mini-Logik-Bausteine von Fairchild. Die können spielend 
1,8V...5,5V machen.
Bei überragender Geschwindigkeit.
Falls man Bedenken wegen der Norm-Schaltschwellen hat, einfach mal unter 
"Pegelwandler" / "level converter" suchen.