基于 MOSFET 的电平转换

    双向电平转换必须在两个方向上进行。简单的方法使用 MOSFET，如图 3 所示，并在应用笔记AN10441中进行了更详细的描述。尽管 100kHz 至 400kHz 通信标准可接受 MOSFET 电平转换器，但由于前面提到的 RC 时间常数施加的频率限制，它不具备更快运行模式所需的性能。在使用更高带宽模式的情况下，需要专用电平转换器设备。
     图 3：基于 MOSFET 的电平转换
    接口具有受此影响限制的正向边沿。 MOSFET 电路引入了额外的寄生电容（例如米勒效应）和开关电平，这会在方向改变期间进一步扭曲两个边缘的特性。如果逻辑接口是边缘的，这可能会导致问题，因为它们在阈值电压附近有一个过渡区域，其中输出是不确定的。
    位于该范围内的信号会导致所谓的“亚稳态”，从而导致信号毛刺。施密特触发器输入是特殊接口，具有由输入门输出的正反馈引起的电压滞后。这增加了噪声容限并降低了由于缓慢变化的信号而导致亚稳态的可能性。
    此外，I 2 C 串行总线上可能存在的嘈杂、缓慢或非单调信号也可使用去抖动算法进行校正。去抖动算法引入了一个驻留时间，在该时间段内输入信号在变化前的连续信号电平上被监测，拒绝落在该时间段内的毛刺转换。这是一种与 FPGA 和微控制器上的“bit-banging”软件实现一起使用的技术。

    孤立的方法

    图 4 中描述的系统是一个非隔离系统，两个设备之间具有直接电气连接，与电压电平转换无关。由于 I 2 C 接口是不平衡的并且可能具有长电缆互连，因此这些电势差会导致接地信号上的杂散噪声电流。
    在处理高压电路时，非隔离接地会导致危险的故障情况。在跨越隔离边界的应用中使用的I 2 C 接口必须满足安全标准并需要电流隔离。
    电气隔离 I 2 C 总线的常用方法还包括电平转换作为隔离边界，并在隔离边界的任一侧启用任何电压支持。传统的隔离技术包括通过光耦合器或跨电容桥或电感变压器调制串行总线信号信息的设备进行光伏隔离。
    所有这些都倾向于共享将双向信号拆分/重组为两个单向路径的共同特征。一些应用通过将信号转换为差分标准（如 RS485）来延长支持的电缆长度并提高抗噪性。它们还可以使用更高的信号电压。

    独立电压电平

    图 5：具有独立电压电平的多点隔离式
    总线的光电隔离，如图 5 中描述的电路，能够以超过 1Mbps 的速度运行。 NXP 的应用笔记AN10364全面描述了用于连接具有不同局部接地电位和电压的I 2 C 设备的各种拓扑结构。在隔离交流电源电路、医疗设备和以太网供电 (PoE) 中需要初级到次级通信的应用中可以找到类似的拓扑结构。