I2C 和 SMBus 2 線協(xié)議固有的簡單性使其成為大型系統(tǒng)中通信重要信息的熱門選擇。兩種標準均采用簡單的漏極開路下拉驅(qū)動器，具有阻性或電流源上拉。然而，隨著系統(tǒng)復雜性的增加，出現(xiàn)了一些實際問題。

大型系統(tǒng)的第一個問題是具有硬連線I2C地址的設(shè)備需要地址擴展以防止沖突。其次，噪聲會導致毛刺，這些毛刺可能被解釋為合法的時鐘或數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，從而影響數(shù)據(jù)可靠性。第三，I2C器件可能導致總線保持低電平。最后，時序規(guī)格越來越難以滿足，時鐘頻率受到等效總線電容的限制，而等效總線電容隨著系統(tǒng)尺寸和復雜性的增加而增加。具有總線緩沖器的 LTC4312 和 LTC4314 引腳可選 2 通道和 4 通道 I2C 多路復用器通過許多強大的功能解決了這些問題 （參見表 1）。由于這兩款器件具有相同的特性（除了通道數(shù)之外），本文重點介紹 LTC4314。

上游 I2C總線（SDAIN，SCLIN）可以是 連接到下游的任意組合 通過 LTC4314 總線的總線 緩沖器和多路復用器開關(guān)通過驅(qū)動 所需輸出的使能引腳 巴士高。具有 相同的地址可以放在不同的地址上 總線并使用使能引腳進行隔離， 從而實現(xiàn)地址擴展。

緩沖器提供電容隔離 在上游總線和 下游總線，允許分區(qū) 總線電容。單曲 供應(yīng)系統(tǒng)，緩沖器調(diào)節(jié) 總線高達 0.33 ? V抄送，提供 邏輯低噪聲容限。上升時間加速器 （RTA）的適當強度 可以激活以克服總線電容 限制，減少上升時間和 允許更高的開關(guān)頻率 即使在重負載下運行。

LTC4314 與 我2C 標準和快速模式，SMBus 和 PMBus 規(guī)格?？ㄗ〉目偩€恢復 電路斷開上游總線 從下游總線當SDA和 標準及校正實驗所尚未同時處于高水平 45ms內(nèi)最少一次，釋放上游 總線以恢復通信。復蘇 電路也試圖說服 卡住的設(shè)備通過生成釋放高電平 多達 16 個時鐘脈沖和一個停止 啟用的下游總線上的位。

最后，卡可以熱插拔到 和 LTC4314 的 I2C 輸出總線 前提是要熱插拔的通道 已被禁用。LTC4314 的 工作電壓范圍為 V抄送從 2.9V 到 5.5V， VCC2從2.25V到5.5V和總線 電壓范圍為2.25V至5.5V。The LTC4314 電平轉(zhuǎn)換低至 1.5V 和 1.8V總線在某些條件下，如果 RTA 在低壓總線上被禁用。

高帶寬緩沖器可提高噪聲容限和速度，同時保持低失調(diào)

通過離開獲得高噪聲容限 LTC4314 緩沖接通，直到兩個輸入 輸出總線電壓> 0.33 ? V最低, 其中 V最低是 V 的較低者抄送和 VCC2電壓。這是可能的，因為 高帶寬緩沖區(qū)不限制 公共汽車的上升率，允許他們 以保持更高的總線電壓。

如圖1所示，當噪聲為400kHz時 方波信號應(yīng)用于SCLIN， SCLOUT1波形在以下情況下跟蹤SCLIN。 SCLIN電壓為< 0.33 ? V最低和 當 SCLIN 電壓釋放高電平時 是 > 0.33 ? V最低.低偏移使 SCLOUT1波形幾乎與 電壓 < 0.33 ? V 的 SCLIN 波形最低. 輸入時不會發(fā)生輸出毛刺 越過 V伊利諾伊州水平 0.33 ? V最低, 如SCLOUT1波形所示。

圖1.LTC4314 發(fā)射一個噪聲的 400kHz I2C信號應(yīng)用于SCLIN。當 SCLIN 為邏輯低電平時，SCLOUT1 波形跟蹤 SCLIN。在邏輯高電平期間，SCLIN上的噪聲高于0.33 ? V最低不會傳播到 SCLOUT。

由于緩沖區(qū)在以下情況下斷開連接 輸入和輸出總線電壓 > 0.33 ? V最低，任何應(yīng)用于的噪音 一側(cè)的邏輯高狀態(tài)不是 傳播到另一側(cè)只要 總線電壓不會低于 0.33 ? V最低.如圖 1 所示 其中SCLOUT1的邏輯高狀態(tài) 不受 SCLIN 上的噪音影響。

掌控整體的設(shè)計師 I2C 系統(tǒng)可設(shè)置 LTC4314 以工作 在高達 1MHz 的頻率下，通過調(diào)整 總線上的RC負載和使用強力 區(qū)域貿(mào)易協(xié)定（見表2）。LTC4314 的高至低 傳播延遲 tPDHL總是 正，大約 100ns。取決于 上游的總線裝載條件 和 LTC4314 的下游側(cè)， 從低到高的傳播延遲 tPDLH的 LTC4314 可以是正的或負的。 適用于高頻運行的系統(tǒng) （>400kHz） 設(shè)計人員應(yīng)量化 該 TPDLH-噸PDHL在他們的SDA和 標準及校正實驗所途徑，確保數(shù)據(jù)建立和 所有巴士的等待時間都是可以接受的。

電平轉(zhuǎn)換和嵌套尋址

圖2所示電路說明 電平轉(zhuǎn)換和嵌套尋址 LTC4314 的特性。The LTC4314 可以電平轉(zhuǎn)換輸入和輸出 總線電壓介于 2.25V （1.5V 和 在某些情況下為 1.8V）和 5.5V. 在圖 2 中，LTC4314 轉(zhuǎn)換一個 3.3V輸入至5V和2.5V輸出。只 顯示下游總線 1 和 4 為簡單起見。每個輸出通道都有一個 專用使能引腳選擇，允許 師傅獨立溝通 具有相同 我2C 地址只提供一個 一次啟用下游總線。

圖2.LTC4314 在嵌套尋址和電平轉(zhuǎn)換應(yīng)用中，其中上游 3.3V 總線上的器件與 2.5V 和 5V 下行總線上的器件通信。為簡單起見，僅顯示總線 1 和 4。

徑向連接的電信應(yīng)用

圖 3 示出了 LTC4314 用于 徑向連接的電信 應(yīng)用程序，如 ATCA。兩個擱板 經(jīng)理 （SHMC） 用于溝通 與奴隸 I2用于冗余的 C 設(shè)備。 每個貨架經(jīng)理可以有 根據(jù)需要提供多個 LTC4314，具體取決于 系統(tǒng)中的板數(shù)和 所需的徑向/星形配置 （6 ×圖 3 中的 4）。內(nèi)部的使能引腳 只有一個貨架經(jīng)理被斷言為高 在任何時候。由于 LTC4314 可以 與其他凌力爾特技術(shù)級聯(lián) 總線緩沖器，多達 24 個 FRU，帶線性 邊緣的技術(shù)總線緩沖器 可以插入背板。

圖3.LTC4314 采用 6 × 4 排列方式用于徑向連接的電信系統(tǒng)。在任何給定時間，只有一個磁盤架管理器的使能引腳為高電平。為簡單起見，僅顯示了SDA途徑。

并聯(lián) LTC4314 以實現(xiàn)更多總線的多路復用

可連接多個 LTC4314 并行執(zhí)行更高階 多路復用。圖 4 顯示了 1：8 使用兩個 LTC4314 的多路復用器。

圖4.并聯(lián) LTC4314 器件以實現(xiàn)一個 1：8 多路復用器。

與不兼容的 I2C 設(shè)備的互操作性

高緩沖關(guān)斷電壓 LTC4314 可確保與 不合規(guī) I2驅(qū)動 C 設(shè)備 高 V老> 0.4V.這顯示在 圖 5 不合規(guī)設(shè)備的位置 在通道 4 上驅(qū)動高 V老= 0.6V。 緩沖器關(guān)斷電壓為1.089V， 產(chǎn)生邏輯低噪聲容限 輸入和輸出均> 0.4V。

圖5.LTC4314 在與一個不合規(guī)的 I 操作時2驅(qū)動 V 的 C 設(shè)備老= 0.6V。緩沖器關(guān)斷電壓為 1.089V，從而產(chǎn)生 0.4V >邏輯低噪聲容限。

熱插拔?應(yīng)用

I/O 卡可以熱插拔到 駐留的 LTC4314 的下游總線 在帶電背板上，如圖6所示。 插入或拔出 I/O 之前 卡，必須注意禁用 相應(yīng)的輸出通道使 卡不打擾任何I2C 事務(wù) 這可能正在進行中。連接 到插入的卡必須僅啟用 當所有正在進行的交易在 總線已完成，總線處于空閑狀態(tài)。

圖6.熱插拔中的LTC4314?將卡插入或從輸出中拔出的應(yīng)用程序。在插入或拔出卡之前，必須將相應(yīng)的ENABLE引腳驅(qū)動為低電平，并且僅應(yīng)在其他總線空閑時驅(qū)動至高電平。

卡住的總線檢測和恢復

偶爾，從屬設(shè)備會感到困惑 并陷入低位狀態(tài)。The LTC4314 監(jiān)控啟用的輸出總線 檢測時鐘和數(shù)據(jù)是否同時存在 在 45ms 中至少高一次。如果 未檢測到此情況，LTC4314 斷言故障標志低。如果 DISCEN 是 連接高電平，LTC4314 也斷開連接 輸入和輸出側(cè)和生成 使能下游的時鐘脈沖 公共汽車試圖釋放卡住的公共汽車。 數(shù)據(jù)釋放時停止計時 高或 16 個時鐘 生成，以先到者為準。之后 最終時鐘脈沖，產(chǎn)生一個停止位 重置總線以進行進一步通信。

一個或多個使能引腳上的上升沿， 在所有啟用都已降低之后， 需要重新建立連接 在輸入和輸出之間。行為 這也會清除故障標志。大師 可以等待故障條件 清除（故障釋放高），要么打開 它自己或通過16個時鐘脈沖 由 LTC4314 發(fā)出，在切換之前 LTC4314 的使能引腳，或者它可以 所以在故障發(fā)生之前先發(fā)制人 已清除以重新建立連接。這 然后，主控可以采取適當?shù)牟僮?以清除卡住的低電平條件。

圖7顯示了期間的波形 SDAOUT1 卡在低位并恢復 事件。45ms 超時周期后 經(jīng)過后，F(xiàn)AULT 標志被斷言為低電平，并且 輸入端和輸出端斷開。 這會導致 SDAIN 釋放高電平。

圖7.SDAOUT1 期間的總線波形卡住為低電平和恢復事件。

時鐘脈沖在SCLOUT1上產(chǎn)生。 SDAOUT1 在 16 時鐘之前釋放高電平 脈沖已經(jīng)產(chǎn)生。時鐘脈沖 停止并生成停止位。 當 ENABLE1 引腳切換時， 在 輸入和輸出以及驅(qū)動的低電平 在 SDAOUT1 上傳播到 SDAIN。

如果自動卡住的總線斷開 不需要，此功能可以是 通過綁低迪森禁用。在此 在卡住的總線事件中，F(xiàn)AULT 標志被斷言為低，但沒有停止 發(fā)生位或時鐘生成，并且 輸入端和輸出端保持連接。

上升時間加速器

上升時間加速器 （RTA） LTC4314 可配置為 電流源模式（ACC 開路），壓擺 有限開關(guān)模式（ACC 接地）， 或禁用（ACC 高）。在當前 源模式 RTA 源一個常量 3mA電流進入總線。在回轉(zhuǎn)中 受控開關(guān)模式，RTA 開啟 以受控方式和源出電流 進入公共汽車，使它們以典型的速度上升 速率為 40V/μs。RTA電流和 選擇緩沖器關(guān)斷電壓 通過 ACC 設(shè)置，如表 2 所示。
對于具有低至中等噪聲的大容性總線，將ACC連接為低電平，以滿足系統(tǒng)上升時間并最大限度地提高SCL開關(guān)頻率。將 ACC 連接到低電平可在最大電壓范圍內(nèi)提供最強的上拉電流。為了獲得更高的抗噪性，請將 ACC 保持開路或?qū)⑵溥B接到 0.5 ? VCC，將緩沖器 VIL 設(shè)置為 0.33 ? VMIN，并獲得 3mA 的 RTA 電流。3mA RTA 電流足以滿足 1μs 標準模式 I2C 上升時間要求（100kHz 操作），適用于高達 690pF 的總線電容和 4mA 的直流總線上拉電流<。如果不需要加速，請將 ACC 綁得很高。要有選擇地僅在輸出上禁用 RTA，請將 VCC2 接地，然后接地 ACC，或者讓 ACC 保持開路。

結(jié)論

LTC?4314 和 LTC4312 是引腳可選的 I2C 多路復用器，通過提供電容緩沖、嵌套尋址和電平轉(zhuǎn)換來解決與大型 I2C 總線系統(tǒng)相關(guān)的實際設(shè)計問題。這些器件保持低失調(diào)和高邏輯低噪聲容限，最高可達0.33 ? VCC。其高帶寬緩沖器和集成 RTA 允許在高達 1MHz 的頻率下工作，并保證從 0 到 1.2nF 容性負載的穩(wěn)定性。當總線卡在低電平時，它們還可以斷開和恢復總線，并允許 I/O 卡熱插拔到和移出實時系統(tǒng)。

審核編輯：郭婷