レベルシフタ BOB-08745(2)

　使用方法ですが、LTSpice上でComponent→nmosを選んで配置し、Ctrlを押しながら右クリックしてComponent Attribute Editorを開き PrefixをX, ValueをBSS138に変更します。

次にツールバーのopボタンを押してEditorを開き、".include"に続いてGunthard Kraus氏のサイトの設定ファイルのアドレスを記入します。この記事作成時はContent English → 

My personal collection of SPICE-Models → Vender List → Fairchild → BS でたどり着けます。ここにおいてあるBSS138.libをダウンロードしてそのパスをEditorに記載しても大丈夫です。

　Kraus氏のサイトはBS138に限らず非常に多くの電子部品のモデルが置かれているので、この方法は知っていて損はないと思います。

　最終的に右図のシミュレーションモデルが出来あがりました。このモデルはページ最後からダウンロードできます。

　シミュレーション開始10us後から通信が始まり、100kHzでI2C通信を行うことを想定しています。

　シミュレーション結果は左の通りとなりました。開始後10usまでは通信が行われない=MasterがバスをGNDに引っ張らないためHVバスラインは5Vにプルアップされ、LVバスラインは3.3Vにプルアップされています。またこの場合はFETはOFFになっているので電流が流れていません。

　次に10us~15usまでの間はMasterがバスをGNDに引っ張っているためHVバスライン、LVバスラインともGNDになり、FETにもボディダイオードを通じて1mAの電流が流れていることがわかります。

　このように５V系、３V系も異なる電圧レベルで同じ波形となっていることから通信が出来ていることがわかります。

　３V系からの通信も同じようにシミュレーションを行うことが出来ます。こちらの場合もバスラインはHV/LVとも同じ動きをしており、うまく電圧変換が出来ていることがわかります。一方FETに流れる電流は先ほどと逆方向になっており、FETがONすることでソース/ドレインを通じて電流が流れていることがわかります。

　BOB-08745ではRX端子としてあるものの、後継であるBOB-12009では削除されているRX端子を用いた場合のシミュレーションを行ってみました。こちらの場合は単純な抵抗分割なのでモデル作成も容易です。

シミュレーション結果は右図の通りです。HVバスラインが5Vまで上がらず、０出力時もGNDまで電圧が落ちていません。これでは通信が成立しないと思われます。

　今回用いたモデルではArduinoとMPU-6050のプルアップ抵抗をモデルに入れているのですが、単なる抵抗分割だと使用しているI2Cデバイスの特性によって結果は変わると思われます。