【導讀】如果說(shuō)有一種工程師人盡皆知的總線(xiàn)技術(shù)，那非I2C莫屬。I2C在微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種總線(xiàn)標準，是同步通信的一種特殊形式，具有接口線(xiàn)少、控制方式簡(jiǎn)化、器件封裝形式小、通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)。它是雙向總線(xiàn)，可以在任何IC工藝（NMOS，CMOS，雙極性）中輕松實(shí)現，并允許簡(jiǎn)單的IC間通信。
在硬件上，I2C總線(xiàn)只需要一根數據線(xiàn)和一根時(shí)鐘線(xiàn)兩根線(xiàn)，總線(xiàn)接口已經(jīng)集成在芯片內部，不需要特殊的接口電路，而且片上接口電路的濾波器可以濾去總線(xiàn)數據上的毛刺。因此I2C總線(xiàn)簡(jiǎn)化了硬件電路PCB布線(xiàn)，降低了系統成本，提高了系統可靠性。問(wèn)題來(lái)了，如果因為各種原因，I2C器件需要從你的主PCB上挪開(kāi)，該注意什么？
移除I2C器件，請避免通過(guò)電纜發(fā)送單端信號
從PCB上挪開(kāi)I2C器件首先要避免的是通過(guò)電纜發(fā)送單端信號，這里比較可行的做法是使用一對I2C擴展器，例如ADI公司的LTC4331，該產(chǎn)品是一款I(lǐng)2C擴展器，具備總線(xiàn)緩沖器系列的常見(jiàn)功能。使用LTC4331時(shí)需要將一個(gè)安裝在本地PCB上，另一個(gè)安裝在遠程板上，然后，在本地I2C主機和遠程I2C從機上創(chuàng )建連接。這里可以使用單根雙絞線(xiàn)實(shí)現連接，例如來(lái)自CAT的雙絞線(xiàn)，也可以采用RJ45連接器實(shí)現連接。
在實(shí)際應用中又會(huì )是什么狀態(tài)呢？I2C主機向遠程從機（例如其中的LTC4331）發(fā)送一個(gè)命令， 從機會(huì )接收，然后發(fā)回，完成向/從差分信號協(xié)議的轉換，但不會(huì )消耗應用資源。值得一提的是可以使用I2C總線(xiàn)覆蓋3/4英里及更遠的距離。
在本地，運行速率可以達到MHz，I2C主機會(huì )控制本地和遠程端的總線(xiàn)速度，這里的LTC 4331可以設置為按100kHz、400kHz或1MHz的速率與從機通信。下圖中未包含提醒和控制通道， 它們的狀態(tài)也通過(guò)雙線(xiàn)鏈路編碼和傳輸。所以，可以看出，LTC 4331對支持和中斷從遠程從機返回的信號，支持額外的控制信號。當控制信號可由引腳設置，或者可由帶I2C的寄存器和命令一起編程。
由一對LTC 4331組成的解決方案具備差分對的優(yōu)點(diǎn)，性能也極為可靠，可以安裝在極為惡劣的環(huán)境中。LTC 4331可以承受IEC 4級ESD攻擊，還可以調節4個(gè)電氣快速瞬變，具有+/-60V容錯，這在操作人員在安裝后無(wú)法啟動(dòng)，或在現場(chǎng)意外損壞時(shí)非常有用，比如傳輸信號和電源的電纜壓在一起。
高噪聲工業(yè)環(huán)境下的I2C設備擴展器
上面提到LTC4331是一款點(diǎn)對點(diǎn)、兼容SMBus的 I2C 從器件擴展器，專(zhuān)為在高噪聲工業(yè)環(huán)境中運行而設計。LTC4331采用 ±60V 故障保護差分收發(fā)器，可通過(guò)單個(gè)雙絞線(xiàn)差分鏈路（最長(cháng)1200米）擴展 I2C/SMBus 總線(xiàn)，包括SMBALERT和一個(gè)控制信號。該解決方案采用擴展的共模工作范圍，可以容忍節點(diǎn)之間大的地面差異。對于EMI敏感環(huán)境，壓擺率控制引腳可降低差分鏈路發(fā)出的EMI。
此外，LTC4331可以充當 I2C 至 I2C 的橋接器，使本地和遠程網(wǎng)絡(luò )之間能擁有獨立總線(xiàn)頻率。該解決方案對主設備完全透明，在大多數情況下不需要額外的數字碼; 但提供了用于其他配置和故障監視的控制接口。強烈建議使用完全支持SCL時(shí)鐘拉伸的主控制器。
一個(gè)完整的擴展 I2C 網(wǎng)絡(luò )需要兩個(gè) LTC4331 器件。利用REMOTE引腳，一個(gè)LTC4331被配置為本地模式，并作為一個(gè)全功能的SMBus兼容I2C從屬器件，通過(guò)這個(gè)本地接口，一個(gè)主站可以沿差分電纜對一個(gè)遠距離的從站設備進(jìn)行尋址。在遠程網(wǎng)絡(luò )上，另一個(gè)LTC4331被配置為遠程模式的I2C 主設備，與遠程從屬設備相連。
除了LTC4331，還有一款點(diǎn)對點(diǎn)堅固型 SPI 擴展器LTC4332，這是ADI針對跨長(cháng)距離的高噪聲工業(yè)環(huán)境中運行而設計。該器件采用一個(gè) ±60V 故障保護 RS485 接口收發(fā)器，可通過(guò)兩根雙絞線(xiàn)電纜傳輸 SPI 數據，包括高達 2MHz 的中斷信號。差分鏈路上的擴展共模范圍和高共模抑制性能可容許節點(diǎn)之間存在大的地電位差異。另外，LTC4332 還支持鏈路上的外部電氣隔離。LTC4332 提供一個(gè)控制接口，該接口采用一個(gè)用于配置和故障監視的單獨從設備選擇。
結語(yǔ)
I2C無(wú)處不在，使得連接更容易。ADI公司的I2C解決方案系列支持熱插拔、雙線(xiàn)式雙向總線(xiàn)緩沖器，可將I/O卡插入帶電背板中，而不會(huì )損壞數據和時(shí)鐘總線(xiàn)。ADI的軟件可編程和引腳可選I2C多路復用器有助于解決I2C地址限制，增加扇入或扇出能力，并為一體化解決方案集成總線(xiàn)緩沖器和上升時(shí)間加速度計。電阻可配置I2C地址轉換器可配置超過(guò)100個(gè)獨特的從機地址，使多個(gè)具有相同地址的從器件可在同一總線(xiàn)上共存。
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