I2C – это популярная двунаправленная последовательная шина связи с линиями тактирования и данных. Драйверы обеих линий состоят из привязанного к земле n-канального MOSFET с открытым стоком и подтягивающего резистора, подключенного к источнику питания напряжением от 1.8 до 5 В. Сопротивление подтягивающего резистора должно быть достаточно низким, чтобы удовлетворять определенным временным требованиям при наличии значительной емкости шины, но достаточно большим, чтобы удивительно слабый ток активного драйвера (на котором должно падать менее 0.4 В при токе 3 мА в стандартном режиме и менее 0.6 В при токе 6 мА в высокоскоростном режиме) не был превышен и были соблюдены требования к низким логическим уровням. Выполнить оба требования может быть непросто.
На рисунке 44 в разделе 7.24 «Спецификации шины I2C и руководства пользователя» [1] представлен метод улучшения (Рисунок 1).
 |
|
| Рисунок 1. | Схема с коммутируемой подтяжкой, в которой аналоговый переключатель активируется только при высоком напряжении шины, подключая дополнительный резистор параллельно стандартной подтяжке. |
Аналоговый переключатель активируется только при повышенных напряжениях шины, подключая дополнительный резистор параллельно стандартному резистору подтяжки. Это сокращает время нарастания без увеличения достижимого низкого логического уровня драйвера. Но когда драйвер активирован, степень улучшения ограничивается наличием дополнительного резистора при повышенных напряжениях – дополнительная подтяжка слишком мала, и допустимый ток драйвера будет превышен, а требуемый низкий логический уровень не будет достигнут. Лучшим подходом было бы подключение дополнительного резистора только при нарастании сигнала, то есть когда драйвер выключен. Тогда драйверу не придется бороться с дополнительной подтяжкой, которую, соответственно, можно сделать очень маленькой. Этот подход использован в следующей схеме.
На Рисунке 2 пороги компараторов U1 и U2 установлены такими, чтобы компараторы переключались при низких и высоких логических уровнях типичной шины I2C с напряжением 1.8 В.
 |
|
| Рисунок 2. | Схема смоделированных драйверов I2C, подтягивающих резисторов и емкостей шин без подключения («старая») и с подключением («новая») к автономной нелинейной цепи подтяжки. |
Когда драйвер выключается и выдает сигнал «новый» с низкого логического уровня, этот сигнал нарастает, пересекая нижний порог. Положительный перепад выходного напряжения компаратора U1 с приемлемой задержкой распространения переключает выход 1Q D-триггера U3 в высокий логический уровень. Это активирует аналоговый коммутатор U4, который подключает R5 параллельно стандартному резистору подтяжки R6 и значительно сокращает время нарастания. Когда сигнал достигает высокого логического уровня, уровень выхода компаратора U2 становится низким, выключая коммутатор U4 и отключая резистор R5. (В данном случае задержка распространения приветствуется. Задержка в U2 дает сигналу время достичь уровня 1.8 В благодаря более продолжительной подтяжке). Теперь схема готова к следующей активации драйвера, которая произойдет без необходимости борьбы с R5. До момента активации схема потребляет незначительный ток. На Рисунке 3 показано уменьшенное время нарастания «новой» схемы по сравнению со «старой» при одинаковой емкости шины и одинаковой стандартной подтяжке. 100 пФ – это всего лишь 25% от максимального значения, допустимого для работы I2C.
 |
|
| Рисунок 3. | Сравнение характеристик стандартных («старых») и улучшенных («новых») сигналов шины I2C. Сигналы CLR, CLK и Q, изменяющиеся от земли до +3.3 В, для наглядности показаны масштабированными. |
Хотя 1.8 В является популярным напряжением шины (особенно для микросхем интеллектуальных батарей), мне не удалось найти достаточно быстрых компараторов с достаточно низким потреблением тока, которые могли бы питаться от этого напряжения. К счастью, в системах с шинами 1.8 В обычно доступно и напряжение 3.3 В, а аналоговый переключатель прекрасно подходит для преодоления различия между двумя напряжениями питания. Если шина работает при напряжении 3.3 В, аналоговый переключатель можно заменить p-n-p транзистором, эмиттер которого подключен к питанию шины, а база управляется через резистор 3.3 кОм. В маловероятном случае 5-вольтовой шины 5 В можно подключить к эмиттеру p-n-p транзистора, но для замены U3 придется найти D-триггер с питанием 5 В.
Купить SN74LVC2G66 на РадиоЛоцман.Цены
