[音乐播放] 大家好，欢迎观看 TI 高精度实验室视频。 本视频将讨论 I2C 总线的规格以及 在选择支持 该协议的开关时 需要注意的事项。 在本视频中， 我们将讨论 I2C 的 标准总线规格、 总线电容、开漏结构 和上拉电阻。 首先我们将 讨论 I2C 协议的 规格， 然后学习 什么是总线电容， 什么是开漏结构， 以及为什么 需要上拉电阻。 本视频的目标 是让您了解 I2C 总线协议的 规格、开漏结构， 并能根据一些因素， 如导通电阻、导通电容 和电流限制， 选择适合的信号开关。 本视频假设大家 对 I2C 通信协议 有了基本的了解。 如需了解更多 关于 I2C 的基础知识， 请观看 training.ti.com 上的系列视频，或者查阅 应用手册 “了解 I2C 总线”。 在为 I2C 应用选择 适合的信号开关时， 一定要考虑 I2C 协议的 规格。 视频中的三种 双向传输速率， 即标准模式、 快速模式和 超快速模式， 时钟速度分别是 100Kbps、400Kbps 和 1Mbps， 每种速率都有 不同的规格。 所示表格描述了 每个 I2C 协议规格中 SDA 和 SCL 信号的 最大允许上升时间、 每个总线线路的 容性负载以及 低电平输出电压。 请注意，随着 数据传输速率的增加， 上升时间会大大缩短。 在标准模式下， 上升时间为 1,000ns， 而在超快速模式下， 上升时间为 120ns， 几乎缩短了 8 倍。 在获取 I2C 协议规格时， 一定要考虑 所有寄生电容的来源。 电容的来源包括 主设备的电容 Cmaster， 每个 从设备的电容 Cslave， 以及 PCB 导线的电容 Cpcb。 所有这些电容相加 得出总线的总电容 Cbus， 也就是 Cbus = Cmaster + Cslave + Cpcb。 每增加一个从设备， SDA 和 SCL 信号线的 总线电容将成比例地 增加。 每增加一个从设备，Cbus 就会增加数十法拉。 最终，总线电容将大到 无法再按照 I2C 协议规格 支持更多的从设备。 有个简单的方法 可以解决这个问题， 那就是使用 多对 SDA/SCL 总线， 由主设备进行复用。 这样，主设备就能与 更多的 从设备进行通信， 因为总线电容 Cbus 被分配到了 多对 SDA/SCL 线上。 请注意，多路复用器的 开关单元含有导通电阻 Ron 和导通电容 Con。 这两个值都会 影响总 RC 常数， 进而影响 I2C 协议规格中的 上升时间。 这种设计方案 虽然允许增加 许多从设备， 但会因选择的 信号开关受到 很大影响。 比如，有一个 低导通电阻的开关， 其导通电阻为 0.26Ω， 导通电容为 250pF。 还有一个 低导通电容的开关， 其导通电阻为 5.7Ω， 导通电容为 1.4pF。 第一个信号开关 虽然导通电阻比 第二个开关小， 但导通电容 约为第二个开关的 178 倍。 请记住，在标准 模式传输速率下， 总线电容 不能超过 400pF。 低导通电阻开关的电容 已占了规格的一半以上， 总线能增加的 从设备数量就受到了 限制。 而第二个开关由于 其低导通电容的特性， 能够支持添加 更多的从设备。 要了解影响 I2C 协议规格的其他因素， 需要讨论 在 I2C 主从设备中 常见的 GPIO 引脚 开漏结构和 输入缓冲器 结构。 左边展示的是 带有开漏结构和 输入缓冲器结构的 主设备或从设备。 请注意， 当[不可听清]打开时， GPIO 引脚的 输出会被拉到地。 而当[不可听清]关闭时， GPIO 引脚的输出会悬空。 引脚悬空会导致 设备出现意外的 电气行为。 由于引脚未连接， 会起到 微型天线的作用， 接收电磁和热噪声。 要解决引脚悬空问题， 在 VDD 上连接一个 上拉电阻即可。 连接后， 当[不可听清]关闭时， GPIO 引脚的输出 一定会被上拉到 VDD。 添加上拉电阻是为了 消除电源接地短路， 帮助将信号 拉高到逻辑 1。 这个上拉电阻 RPU 直接增加了 RC 时间常数， 影响了 I2C 协议 规格中的上升时间。 从前面的 例子中可以看出， 由于添加了信号开关， 上拉电阻将 通过总线的总电容， 即 Cbus + Con，接地。 这个 RC 时间常数 会影响每个总线的 上升时间。 在为 I2C 应用选择 恰当的信号开关时， 一定要考虑上拉电阻的 最小值和最大值。 请注意， 最小上拉电阻 Rp(min) 是电源电压 VCC、 低电平输出电压 VOL 和低电平 输出电流 IOL 的函数。 信号开关的 绝对最大范围 必须能够支持 电源电压和电流 规格。 请注意， 最大上拉电阻 Rp(max) 是上升时间 tr 和 总线总电容 Cb 的函数。 在选择信号开关时， 开关的导通电容将 直接影响这个计算值。 总之，在选择 适用于 I2C 协议 应用的单个开关时， 有四个关键特性需要 考虑。 1. 电源电压必须 符合开关的绝对最大 额定值。 电源电压还会影响 允许的最大上拉电阻， 从而直接影响总线的 上升时间。 2. 开关电流 I-switch 必须符合开关的 绝对最大电流额定值 3. 每个信号开关都有 一定的导通状态电阻， 会通过 RC 时间常数 直接增加总线的上升 时间。 4. 必须考虑 开关的导通状态电容， 因为这个值会 极大地影响 I2C 协议 规格中的总线电容 和上升时间规格。 导通状态电容 还将限制总线 可以支持的 从设备数量。 要了解有关 上拉电阻及其计算的 更多详细信息， 请立即查看此应用。 可以在 ti.com 上的 开关/多路复用器类别下 搜索我们的模拟开关 和多路复用器目录。 可使用快速搜索 引擎，找到合适的开关。 可以按配置、 通道数量进行筛选， 也可以使用“特性” 选项卡上的下拉箭头， 为您的 I2C 应用 查找合适的信号开关。 本视频介绍了 I2C 协议规格， 以及在为 I2C 应用 选择合适的信号开关时 要考虑的参数。 请观看下一个视频，了解 I2C 特定应用中多路复用器的 常见用例。