i2c为什么要电平转换 为何需要I2C电平转换

1、i2c信号基础

i2c是一种很常见的串行通信协议，其特点是只需要使用两根线（SDA和SCL）即可实现多个设备的通信。在i2c协议中，SDA线和SCL线都是双向的，即数据可以同时在两个方向上传输。信号电平使用的是CMOS逻辑电平，即使用的是0V和5V这两个电平。由于i2c协议只使用了两根线，且信号电平比较低，所以在实际应用中常常需要进行电平转换，以保证信号的可靠性。

2、传输距离

i2c协议的信号波形是一个非常典型的矩形波形，特点是上升时间和下降时间都比较快。由于在i2c协议中，SCL线的频率可以达到100kHz或400kHz，当传输距离较远时（例如超过10cm），信号的上升时间和下降时间就会受到传输线的衰减和反射影响，波形会发生畸变。而且，由于信号电平比较低，在传输距离较远时，信号也容易受到干扰，从而导致通信错误。因此，在实际应用中，通常需要将i2c信号电平转换到更高的电平，从而提高信号的传输性能。

3、通信速率

i2c协议的速率受限于SCL线的频率和数据传输的长度。当传输距离较长时，信号衰减和反射等问题会使得信号传输速率下降，导致通信速度降低。此时，可以使用电平转换器将i2c信号转换到更高的电平，从而提高信号传输速率。

此外，在一些应用场景中，i2c通信的速率需要达到比较高的级别，例如频率为1MHz或者更高。在这种情况下，通过加强电平转换器的电路设计，可以在保证信号质量的前提下，提高i2c通信的速度。

4、供电电压差异

i2c协议中的供电电压通常为3.3V或者5V，但是，有些设备可能使用的供电电压与主控芯片的电压不符，例如3.3V主控芯片和5V外设，或者5V主控芯片和3.3V外设。这种情况下，如果直接用主控芯片驱动外设，会导致信号电平不匹配，从而引发各种问题。因此，需要使用电平转换器将i2c信号转换到外设所需的电平，以消除供电电压差异带来的问题。