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[高精度实验室] 接口 : (5) I2C 总线 > 5.4 TI Precision Labs - I2C: Buffers Overview
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大家好,欢迎观看高精度实验室
推出的 I²C 缓冲器培训视频。
在本视频中,我们将讨论是否需要
在 I²C 系统中使用缓冲器、如何在硬件中实施缓冲器以及
它会对系统产生哪些影响。
I²C 总线是 5 向接口,
利用一个称为主器件的控制器
与一个或多个从器件
进行通信。
I²C 总线上的每个器件都有
一个特定的器件地址,用于区分
同一个 I²C 总线上的其他器件。
物理 I²C 接口由
串行时钟线 SCL 和
串行数据线 SDA 组成。
SDA 和 SCL 线都必须通过上拉电阻器
连接到 VCC。
上拉电阻器的大小由
总线上的电容数量以及 I²C
总线上使用的最大 VLL 决定。
必须注意的是,总线上的电容 C BUS
包括 PCB电容、主器件的
电容以及每个从器件的电容。
I²C 接口的SDA 和 SCL 线
都有自己的总线以及
可能不同的单独总线电容,
即 C Bus。
为了简单起见,本视频只讨论一条总线。
但内容与SCL 和 SDA 线都相关。
这一条总线既代表 SDA,也代表 SCL。
I²C 接口具有不同的运行模式,
取决于通信的最高时钟频率,
此频率称为 f CLOCK MAX。
本视频将介绍三种模式:
标准模式、快速模式和超快速模式。
I²C 标准为每种运行模式定义了
多个参数,但本视频中只
定义了其中四个最重要的参数,即 C BUS、t RISE
MAX、V OL MAX 和 I OL MIN。
对于标准模式,f CLOCK MAX 为 100 千赫兹、
C Bus MAX 为 400 皮法、t RISE MAX 为 1000 纳秒、
V OL 为 0.4 伏、I OL 为 3 毫安。
对于快速模式,f CLOCK MAX 为 400 千赫兹、
C BUS MAX 为 400 皮法、t RISE MAX 为 300 纳秒、
V OL 为 0.4 伏、I OL 为 3 毫安。
对于超快速模式,f CLOCK MAX 为 1000 千赫兹、
C BUS MAX 为 550 皮法、t RISE MAX 为 120 纳秒、
V OL 为 0.4 伏、I OL 为 20 毫安。
这些参数用于选择上拉电阻器值
和确定是否需要在系统中使用缓冲器
以满足I²C 标准。
SCL 和 SDA 的最长上升时间规格 t RISE MAX
由上拉和 C BUS所创建的
RC 时间常数控制,被定义为从
VIO 过渡到 VIH 时花费的时间。
给定运行模式的上拉电阻器的
最大大小由公式 1 决定,
其中的 t RISE绝不能超过
C BUS 中的任何给定总线电容,
t RISE MAX 绝不能超过任何给定
总线电容 C BUS,这样就设置了
上拉电阻值的上限。
最小上拉电阻
R Pullup Min 由VOL Max 定义,VOL Max 是
跨下拉电阻产生的电压,
当打开时,会有一个指定的 IOL
Min 经过它。
这样即可有效地定义总线上的
任何 FET 的最大 RDS。
了解 VCC、VOL MAX 和 IOL MIN 之后,
我们便可定义最小上拉电阻,
在为确保绝不超过VOL 时需要使用此值。
参见公式 2。
它限定了上拉电阻器值的下限。
I²C 接口可支持
总线上的数百个从器件,此数量只取决于
可用从器件地址的数量。
不过,很明显,如果每个器件
都有高达10 皮法的电容,
则运行模式的给定总线上的从器件
数量将受到 C BUS MAX 的限制。
这意味着需要采用某种方法
将一个总线及其总线电容拆分到多个总线中,
以满足 I²C时序
要求。
幸运的是,I²C缓冲器正是为此而生。
它们使用一个总线电容为 C BUS 的总线
并将其拆分和隔离到两个总线中:
电容 C BUS 1 和 C BUS 2。
要拆分总线电容,需要使用
单独的上拉电阻器在
每个总线上生成逻辑高电平,这样就
需要使用 R 上拉 1 和 R 上拉 2。
总线 1 和总线 2都必须遵循
所用运行模式的t RISE MAX、C BUS MAX、VOL MAX
和 IOL MIN 的 I²C 标准。
有关实施、选择和使用 I²C 缓冲器的
更多信息,请阅读“使用 I²C 缓冲器的
原因、时机和方法”应用报告。
本视频到此结束。
谢谢观看。
请尝试完成测验以
课程介绍
共计4课时,29分25秒
[高精度实验室] 接口 : (5) I2C 总线
Precision Labs I2C 总线 高精度实验室 TIPL
在本系列课程中,我们讨论 I2C 总线中的信号传输采用的协议。讨论漏极开路信号的概念,以及上拉电阻和负载电容对信号时钟的影响。
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