Układy scalone z interfejsem I²C

Układy scalone z interfejsem I²C
Interfejs I²C jest bardzo dobrze znany osobom zajmującym się projektowaniem urządzeń elektronicznych. Do nich jest adresowana nasza propozycja - garść układów scalonych, które rozszerzają funkcjonalność I²C oraz budowanego urządzenia. Naprawdę warto skorzystać!

8-kanałowy przełącznik magistrali I²C z translacją poziomu logicznego - ROZDANE

Układ PCA9548A jest 8-kanałowym, dwukierunkowym przełącznikiem magistrali I²C, kontrolowanym za pomocą I²C. Sygnały wejściowe SDA/SCL mogą być dołączone do 1 z 8 wyjść lub przyłączone do dowolnego kanału (pary wyjść). Przełączaniem sygnałów steruje się za pomocą rejestru kontrolnego. Wejście zerowania aktywowane poziomem niskim pozwala na zapobieżenie sytuacji, w której jeden lub oba sygnały I²C zostały zwarte do masy i sterowanie przełącznikiem jest niemożliwe. W takiej sytuacji, podanie poziomu niskiego na wejście RESET powoduje restart wewnętrznej maszyny stanów i odłączenie kanałów, jak po załączeniu zasilania i wykonaniu funkcji Power–on Reset.

Elementy przełącznika wykonano w taki sposób, że napięcie VDD może być użyte do ustalenia napięcia maksymalnego poziomu wysokiego, który będzie występował na wyjściu PCA9548A. Dzięki temu każda para sygnałów może posłużyć do translacji napięcia pomiędzy komponentami zasilanymi napięciem 1,8 V, 2,5 V lub 3,3 V z zasilanymi napięciem 5 V bez żadnych dodatkowych komponentów zabezpieczających. Zewnętrzne rezystory pull-up zasilają pożądanym napięciem każdy z kanałów I/O. Wszystkie wyprowadzenia tolerują napięcie 6 V. Najważniejsze parametry PCA9548A:

  • 8 dwukierunkowych przełączników par sygnałów SDA/SCL z translacją poziomów.
  • Interfejs I²C kompatybilny ze standardem SMBus.
  • Wejście zerowania aktywowane poziomem niskim.
  • Trzy wyprowadzenia adresowe pozwalające na stosowanie do 8 układów na wspólnej magistrali I²C.
  • Wybór kanału za pomocą interfejsu I²C, możliwa dowolna kombinacja połączeń.
  • Odłączenie wszystkich kanałów po załączeniu zasilania lub sygnale zerowania.
  • Przełączniki o małej rezystancji przewodzenia.
  • Możliwość translacji poziomów napięcia pomiędzy magistralami zasilanymi napięciem 1,8 V; 2,5 V; 3,3 V i 5 V.
  • Brak hazardów przy przełączaniu.
  • Możliwość dołączania do magistrali bez odłączania zasilania (hot insertion).
  • Niewielki pobór prądu w stanie wyłączenia.
  • Zakres napięcia zasilającego: 2,3...5,5 V.
  • Wszystkie wejścia tolerujące napięcie 6 V.
  • Zakres częstotliwości sygnału SCL: 0...400 kHz.
  • Oferowany w trzech rodzajach obudów: SO24, TSSOP24, and HVQFN24

http://www.nxp.com/products/interface_and_connectivity/i2c/i2c_multiplexers_switches/PCA9548APW.html

Multiplekser/demultiplekser sygnałów różnicowych - ROZDANE

Układ CBTL01023 jest multiplekserem/demultiplekserem przeznaczonym do przełączania sygnałów różnicowych interfejsu PCI Express Generation 3 (Gen3) lub innych w aplikacjach szybkich interfejsów szeregowych. Układ CBTL01023 może przełączać jeden wejściowy sygnał różnicowy do jednej z dwóch par wyjść. Dzięki zastosowaniu unikatowej technologii firmie NXP udało się zminimalizować impedancję przełącznika do tego stopnia, że wnoszone przez niego tłumienie jest pomijalnie małe. Zredukowano również przesłuchy pomiędzy kanałami, co jest wymagane przez szybkie interfejsy szeregowe. Najważniejsze parametry:

  • Pojedynczy, dwukierunkowy kanał różnicowy, multiplekser/demultiplekser 2:1.
  • Przełączanie szybkich sygnałów interfejsu PCI Express Gen3 (8 Gbit/s) lub innych interfejsów używających sygnałów różnicowych.
  • Szerokie pasmo przenoszenia: 9 GHz przy spadku -3 dB.
  • Niewielkie tłumienie: -0,6 dB przy 100 MHz, -1,5 dB przy 4,0 GHz.
  • Tłumienie w stanie wyłączenia: -30 dB przy 4 GHz.
  • Małe opóźnienie sygnałów wejściowych: typowo 5 ps.
  • Zakres napięcia zasilania: 3,3 V ±10 %.
  • Wejście wyłączające (XSD), prąd w trybie wyłączenia poniżej 1 A.
  • Obudowa XQFN10.
  • Aplikacje: łączenie szybkich sygnałów różnicowych interfejsu PCIe Gen3, DisplayPort 1.2, USB 3.0, SATA 6 Gbit/s i innych.

http://www.nxp.com/products/interface_and_connectivity/displayport/high_speed_multiplexer/CBTL01023GM.html

Przesuwnik poziomów logicznych - ROZDANE

Układ PCA9617A zapewnia dopasowanie poziomów logicznych pomiędzy układami zasilanymi niskim napięciem z zakresu 0,8...5,5 V, a wyższym z zakresu 2,2...5,5 V w aplikacjach interfejsów SMBus lub I²C pracującego w trybie FM+. Oprócz zapewnienia przesunięcia poziomów logicznych, układ umożliwia również wydłużenie połączeń magistrali I²C lub dołączenie większej liczby układów – pojemność dołączana do wyjścia może wynosić 540 pF przy częstotliwości sygnału SCL do 1 MHz lub do 4 nF przy mniejszej częstotliwości.

Zastosowanie PCA9617A zapewnia możliwość "odizolowania" systemu hosta od napięcia i pojemności dołączanej magistrali modułu rozszerzenia. Doprowadzenia sygnałów SDA i SCL są odporne na przepięcia i gdy układ nie jest zasilany są w stanie wysokiej impedancji.

Drivery portu B mają ustalone na stałe poziom niski (maks. 0,4 V) i poziom wysoki (0,7×VCC(B), maksymalnie 5,5 V), natomiast dla driverów portu A poziom niski ustalono na 0,25×VCC(A), a poziom wysoki na 0,7×VCC(A), maksymalnie 5,5 V. Statyczny zakres portu B zabezpiecza drivery od dołączenia do stałego lub rosnącego offsetu buforów innej magistrali. Porty A dwóch lub więcej układów PCA9617A mogą być połączone razem, co pozwala na użycie topologii gwiazdy z portem A na wspólnej magistrali.

Wiele układów PCA9617A może być połączonych szeregowo, port A do portu B, bez konieczności uwzględniania offsetu – rozważenia wymaga jedynie czas propagacji. Drivery układu nie pracują, jeśli napięcie VCC(A) jest powyżej 0,8 V i VCC(B) powyżej 2,2 V. Napięciem odniesienia dla wejścia EN jest napięcie VCC(B). To wejście może być również użyte do załączenia i wyłączania driverów pod kontrolą hosta. Należy jedynie uważać, aby zmieniać poziom na wyprowadzeniu EN jedynie wtedy, gdy magistrala jest w spoczynku. Najważniejsze parametry:

  • 2-kanałowy, dwukierunkowy bufor odseparowuje pojemność i napięcie magistrali wejściowej i wyjściowej, 540 pF z każdej strony układu przy częstotliwości SCL do 1 MHz i do 4 nF przy mniejszej częstotliwości.
  • Translacja poziomów logicznych z zakresu 0,8...5,5 V i 2,2...5,5 V.
  • Wyprowadzenia, obudowa oraz funkcje kompatybilne z układem PCA9517A w trybie Fast.
  • Zakres zasilania portu A (VCC(A)): 0,8...5,5 V, zakres zasilania portu B (VCC(A))2,2...5,5 V.
  • Doprowadzenia interfejsu I²C oraz wejście EN tolerujące napięcie 5 V.
  • Częstotliwość sygnału zegarowego SCL od 0...1000 kHz (maksymalna częstotliwość może być mniejsza od 1000 kHz, ponieważ repeater wprowadza opóźnienie).
  • Wejście EN aktywowane poziomem wysokim, odniesione do VCC(B).
  • Wejścia/wyjścia typu otwarty dren.
  • Wsparcie dla arbitrażu oraz wydłużania sygnału zegarowego przez repeater.
  • Możliwość pracy w trybie Standard, Fast, Fast Mode+ układów I²C oraz SMBus (tryb standardowy i podwyższonego poboru mocy), PMBus, z dołączonymi wieloma układami master.
  • Dostępny w obudowach TSSOP8 oraz HWSON8.

http://www.nxp.com/products/interface_and_connectivity/i2c/i2c_fast_mode_plus/PCA9617ADP.html

Bufor interfejsów I²C, SMBus i innych - ROZDANE

Układ PCA9522 jest przeznaczony do buforowania magistral I²C, SMBus itp. Układ zawiera obwody logiczne służące do detekcji warunków stop i idle, co sprawia, że bufor jest idealny do użycia w modułach rozszerzenia dołączanych bez wyłączania zasilania. Bufor podwyższa limit obciążenia magistrali poprzez buforowanie sygnałów SCL i SDA.

Układ PCA9522 jest zamiennikiem funkcjonalnym dla IES5502 przy uwzględnieniu obniżenia maksymalnego napięcia magistrali z 15 V do 10 V.

Obwody logiczne hot insertion umożliwiają dołączenie do hosta bez zakłócenia transmisji danych. Sygnał gotowości RDY (typu otwarty kolektor) sygnalizuje moment dokonania połączenia z systemem nadrzędnym. Wstępne zasilanie portów dołączanych do płyty bazowej zmniejsza hazardy występujące podczas dołączania modułu.

Wejścia enable pozwala na odizolowanie sekcji magistrali, dzięki czemu kolejne części systemu mogą być załączane indywidualnie. Translacja napięć może być wykonywana w szerokim zakresie, od 1,8 do 10 V. Pozwala to na niespotykaną elastyczność w łączeniu systemów wykonanych z komponentów w różnych technologiach, pracujących z różnymi prędkościami i obciążeniami. Unikatowa konstrukcja PCA9522 zapewnia jeden z najkrótszych czasów odpowiedzi wśród buforów dwukierunkowych. Najważniejsze parametry:

  • Podwójny, dwukierunkowy, izolowany bufor o wzmocnieniu jednostkowym.
  • Logika hot insertion zabezpiecza sygnały danych i zegarowy przed zaburzeniami w aplikacjach z modułami dołączanymi bez wyłączenia napięcia zasilającego.
  • Wstępne zasilanie minimalizuje zakłócenia podczas dołączania.
  • Wsparcie dla magistral: I²C (w trybach Standard i Fast), SMBus (tryby standardowy oraz podwyższonego poboru mocy) i PMBus.
  • Wyjście RDY (gotowość) typu otwarty kolektor.
  • Krótki czas przełączania pozwalający na pracę z częstotliwością 1 MHz.
  • Wejście EN (enable) pozwala na sterowanie dołączaniem segmentów magistrali I²C.
  • Mały pobór mocy w trybie standby, duża impedancja portów, gdy układ nie jest zasilany.
  • Maksymalny prąd wpływający do wyjścia na poziomie niskim 6 mA.
  • Możliwość szeregowego łączenia kilku buforów.
  • Translacja poziomów logicznych od 1,8 do 10 V.
  • Aplikacje: zarządzanie modułami dołączonymi do płyty bazowej, systemy telekomunikacyjne w tym ATCA, interfejsy RAID w komputerach przenośnych i stacjonarnych.

http://www.nxp.com/products/interface_and_connectivity/i2c/i2c_voltage_level_translators/PCA9522DP.html

16-kanałowy sterownik diod LED - ROZDANE

Układ scalony PCA9552 umożliwia niezależne sterowanie diodami LED: załączenie, wyłączenie, mruganie z zadaną częstotliwością. Układ umożliwia ograniczenie ilości danych przesyłanych magistralą I²C oraz zwalnia CPU i/lub timery hosta z konieczności obsługi funkcji sygnalizacyjnych. Struktura układu zawiera generator niewymagający komponentów zewnętrznych oraz współpracujące z nim preskalery częstotliwości, co umożliwia wybór jednej z dwóch zaprogramowanych częstotliwości migotania.

Typowo, aby mrugać diodą LED z użyciem normalnego ekspandera I/O, takiego jak PCF8574 lub PCA9554, host musi okresowo wysyłać powtarzające się komendy włączające i wyłączające diody LED. Powoduje to znaczne zwiększenie ilości przesyłanych danych i zwykle wymaga użycia jednego z timerów hosta. Zamiast tego, układ PCA9552 wymaga jedynie przesłania nastaw ustalających BLINK RATE 1 oraz BLINK RATE 2, tzn. częstotliwości oraz współczynnika wypełnienia dla dwóch sygnałów PWM. Od tego momentu jest wymagana jedynie jedna komenda, która powoduje zaświecanie diody LED dołączonej do wyjścia z zaprogramowaną częstotliwością, jej zaświecenie na stałe lub zgaszenie. Maksymalny prąd pobierany z pojedynczego wyjścia wynosi 25 mA, natomiast z całego układu – 200 mA. Każdy port nieużywany do zasilania LED może być zastosowany w roli typowego GPIO.

Wejście zerujące (RESET) – aktywowane poziomem niskim – oraz funkcja zerowania po załączeniu zasilania (Power–on Reset) nadaje rejestrom kontrolnym stan domyślny – wszystkie diody LED zostają wyłączone, a wyjścia wyzerowane. Trzy wejścia adresujące pozwalają na dołączenie 8 układów scalonych do tej samej magistrali I²C. Najważniejsze parametry PCA9552:

  • 16 driverów diod LED (załączone, wyłączone, migotanie z zaprogramowaną częstotliwością).
  • 2 wybieralne, programowalne częstotliwości migotania (możliwość ustalenia częstotliwości i współczynnika wypełnienia w zakresie 0,172...44 Hz tj. 5,82...0,023 sekundy).
  • Wyprowadzenia nieużywane do sterowania diodami LED mogą być zastosowane w roli zwykłych GPIO.
  • Wbudowany generator niewymagający komponentów zewnętrznych.
  • Interfejs I²C kompatybilny z SMBus.
  • Procedura zerowania po załączeniu zasilania (PoR).
  • Filtr przeciwzakłóceniowy na wejściach SCL/SDA.
  • Wejście zerujące aktywowane poziomem niskim.
  • 16 wyjść o wydajności prądowej 25 mA przeznaczonych do bezpośredniego przyłączenia diod LED, całkowita wydajność prądowa 200 mA.
  • Brak hazardów przy przełączaniu.
  • Wsparcie dla dołączania urządzeń bez odłączania zasilania (hot insertion).
  • Niewielki pobór prądu w stanie wyłączenia.
  • Zakres napięcia zasilającego: 2,3...5,5 V.
  • Zakres częstotliwości sygnału SCL: 0...400 kHz.
  • Dostępny w obudowach: SO24, TSSOP24, HVQFN24.

http://www.nxp.com/products/lighting_driver_and_controller_ics/i2c_led_display_control/PCA9552PW.html

Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
wrzesień 2014
Zobacz też
Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik czerwiec 2020

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio lipiec 2020

Świat Radio

Magazyn użytkowników eteru

APA - Automatyka Podzespoły Aplikacje czerwiec 2020

APA - Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna czerwiec 2020

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Praktyczny Kurs Elektroniki 2018

Praktyczny Kurs Elektroniki

24 pasjonujące projekty elektroniczne

Elektronika dla Wszystkich czerwiec 2020

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów