Przedłużacz magistrali I2C

Przedłużacz magistrali I2C

Magistrala I2C jest bardzo wygodnym i tanim sposobem wymiany informacji pomiędzy układami scalonymi w obrębie urządzenia. Dobrze mieć możliwość przedłużenia zasięgu magistrali nawet o kilka metrów. Ułatwia to komunikację np. z czujnikami, bez potrzeby stosowania interfejsów szeregowych o większym zasięgu takich jak RS232 czy RS485 lub uciekania się do stosowania transmisji radiowej.

Podstawowe parametry:
  • transmisja sygnałami różnicowymi zapewnia duży zasięg i odporność na zakłócenia,
  • zasięg wynosi ok. 3 m dla trybu FM+ i może zostać zwiększony dla niższych prędkości (10 m w trybie standardowym 100 kHz),
  • pracuje poprawnie w zakresie zasilania 3,3…5 V.

Opisany minimoduł umożliwia przedłużenie magistrali I2C przy zastosowaniu transmisji różnicowej i typowej skrętki CAT5. Dzięki wyposażeniu modułu w zestaw złącz dla najpopularniejszych standardów płytek prototypowych (Grove, Qwiic, Arduino) pełni funkcję huba pomiędzy systemami, zwalniając z konieczności stosowania przejściówek.

Rysunek 1. Struktura wewnętrzna układu PCA9615

Moduł bazuje na specjalizowanym układzie bufora i kontrolera Hot-Swap magistrali I2C typu PCA9615 firmy NXP. Budowę wewnętrzną pokazano na rysunku 1. W swej strukturze układ zawiera kluczowane bufory sygnałów SDA, SCL sterowane sygnałem EN. Bufory izolują część magistrali od strony wejścia (SDA/SCL) i zapewniają zgodność ze standardem I2C, a od strony wyjścia (DSCLP/LM, DSDAP/AM) skonfigurowane są jako sygnały różnicowe - zapewniają większy zasięg i odporność na zakłócenia. Według noty producenta zasięg wynosi ok. 3 m dla trybu FM+ i może zostać zwiększony dla niższych prędkości. Oczywiście dla poprawnego działania potrzebne są dwa układy, zapewniające pełną konwersję sygnału.

Budowa i działanie

Schemat modułu został pokazany na rysunku 2. Magistrala I2C doprowadzona jest do złącz I2CA...I2CF, rezystory R7 i R8 zapewniają odpowiednią polaryzację. Układ U1 konwertuje sygnały do postaci symetrycznej dla linii danych SDA i zegara SCL, które po dopasowaniu przy pomocy elementów R1...R6 doprowadzone są do złącza LINK typu RJ45. Do połączenia pomiędzy modułami wykorzystany jest typowy kabel CAT5 (1:1).

Rysunek 2. Schemat ideowy modułu

Zwory VCC i GND umożliwiają wyprowadzenie zasilania, gdy chcemy oprócz transmisji zasilić współpracujący układ. Ze względu na niewielki przekrój przewodów i niskie napięcie zasilania modułu, należy sprawdzić, czy spadki napięcia będą mieścić się w wymaganej tolerancji.

Z przeprowadzonych praktycznie eksperymentów wynika, że przy połączeniu dobrej jakości możliwe jest zasilanie i transmisja na odległość 10 m w trybie standardowym (100 kHz).

Umożliwia to dołączenie typowych czujników środowiskowych o niewielkim poborze mocy typu BME280, LM75, a nawet modułu ekspandera PCF8574 obsługującego wyświetlacz OLED i kilka diod LED. Zwory VCC, GND muszą być wlutowane w przypadku wyprowadzenia zasilania w obu modułach magistrali.

Montaż i uruchomienie

Moduł został zmontowany na dwustronnej płytce drukowanej. Jej schemat wraz z rozmieszczeniem elementów został pokazany na rysunku 3.

Rysunek 3. Schemat płytki PCB wraz z rozmieszczeniem elementów

Montaż jest typowy i nie wymaga opisu. Poprawnie zmontowany układ nie wymaga uruchamiania i jest gotowy do pracy po podłączeniu zasilania.

Adam Tatuś
adam.tatus@ep.com.pl

Wykaz elementów:
Rezystory:
  • R1, R3: 100 Ω SMD0603 1%
  • R7, R8: 4,7 kΩ SMD0603 1%
  • VCC, GND: zwora 0 Ω
Kondensatory:
  • C1, C2, C3: 0,1 µF SMD0603
  • CE1: 47 µF/10 V SMD3528 tantalowy
Półprzewodniki:
  • U1: PCA9615DP (TSSOP10)
Inne:
  • I2CA: złącze EH4 kątowe
  • I2CB: złącze JST4 1 mm
  • I2CC: złącze SIP4 proste męskie
  • I2CD: złącze JST 2 mm proste
  • I2CE: złącze Grove proste
  • I2CF: złącze śrubowe 2,54 mm
  • LINK: złącze RJ45 MTJ-88GX1-FSD
Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
kwiecień 2021
DO POBRANIA
Materiały dodatkowe

Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik listopad 2021

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio listopad - grudzień 2021

Świat Radio

Magazyn krótkofalowców i amatorów CB

Automatyka Podzespoły Aplikacje listopad 2021

Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna listopad 2021

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich listopad 2021

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów