如何利用总线缓冲器挪动主PCB上的I2C器件

如果说有一种工程师人尽皆知的总线技术，那非I²C莫属。I²C在微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准，是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少、控制方式简化、器件封装形式小、通信速率较高等优点。它是双向总线，可以在任何IC工艺（NMOS，CMOS，双极性）中轻松实现，并允许简单的IC间通信。

在硬件上，I²C总线只需要一根数据线和一根时钟线两根线，总线接口已经集成在芯片内部，不需要特殊的接口电路，而且片上接口电路的滤波器可以滤去总线数据上的毛刺。因此I²C总线简化了硬件电路PCB布线，降低了系统成本，提高了系统可靠性。问题来了，如果因为各种原因，I²C器件需要从你的主PCB上挪开，该注意什么？

移除I2C器件，请避免通过电缆发送单端信号

从PCB上挪开I²C器件首先要避免的是通过电缆发送单端信号，这里比较可行的做法是使用一对I²C扩展器，例如ADI公司的LTC4331，该产品是一款I²C扩展器，具备总线缓冲器系列的常见功能。使用LTC4331时需要将一个安装在本地PCB上，另一个安装在远程板上，然后，在本地I2C主机和远程I²C从机上创建连接。这里可以使用单根双绞线实现连接，例如来自CAT的双绞线，也可以采用RJ45连接器实现连接。

在实际应用中又会是什么状态呢？I²C主机向远程从机（例如其中的LTC4331）发送一个命令， 从机会接收，然后发回，完成向/从差分信号协议的转换，但不会消耗应用资源。值得一提的是可以使用I²C总线覆盖3/4英里及更远的距离。

在本地，运行速率可以达到MHz，I²C主机会控制本地和远程端的总线速度，这里的LTC 4331可以设置为按100kHz、400kHz或1MHz的速率与从机通信。下图中未包含提醒和控制通道，  它们的状态也通过双线链路编码和传输。所以，可以看出，LTC 4331对支持和中断从远程从机返回的信号，支持额外的控制信号。当控制信号可由引脚设置，或者可由带I²C的寄存器和命令一起编程。

由一对LTC 4331组成的解决方案具备差分对的优点，性能也极为可靠，可以安装在极为恶劣的环境中。LTC 4331可以承受IEC 4级ESD攻击，还可以调节4个电气快速瞬变，具有+/-60V容错，这在操作人员在安装后无法启动，或在现场意外损坏时非常有用，比如传输信号和电源的电缆压在一起。

高噪声工业环境下的I2C设备扩展器

上面提到LTC4331是一款点对点、兼容SMBus的I²C 从器件扩展器，专为在高噪声工业环境中运行而设计。LTC4331采用 ±60V 故障保护差分收发器，可通过单个双绞线差分链路（最长1200米）扩展I²C/SMBus 总线，包括SMBALERT和一个控制信号。该解决方案采用扩展的共模工作范围，可以容忍节点之间大的地面差异。对于EMI敏感环境，压摆率控制引脚可降低差分链路发出的EMI。

此外，LTC4331可以充当 I²C 至I²C的桥接器，使本地和远程网络之间能拥有独立总线频率。该解决方案对主设备完全透明，在大多数情况下不需要额外的数字码; 但提供了用于其他配置和故障监视的控制接口。强烈建议使用完全支持SCL时钟拉伸的主控制器。

一个完整的扩展 I²C网络需要两个 LTC4331 器件。利用REMOTE引脚，一个LTC4331被配置为本地模式，并作为一个全功能的SMBus兼容I²C从属器件，通过这个本地接口，一个主站可以沿差分电缆对一个远距离的从站设备进行寻址。在远程网络上，另一个LTC4331被配置为远程模式的I²C主设备，与远程从属设备相连。

除了LTC4331，还有一款点对点坚固型 SPI 扩展器LTC4332，这是ADI针对跨长距离的高噪声工业环境中运行而设计。该器件采用一个 ±60V 故障保护 RS485 接口收发器，可通过两根双绞线电缆传输 SPI 数据，包括高达 2MHz 的中断信号。差分链路上的扩展共模范围和高共模抑制性能可容许节点之间存在大的地电位差异。另外，LTC4332 还支持链路上的外部电气隔离。LTC4332 提供一个控制接口，该接口采用一个用于配置和故障监视的单独从设备选择。

结语

I²C无处不在，使得连接更容易。ADI公司的I²C解决方案系列支持热插拔、双线式双向总线缓冲器，可将I/O卡插入带电背板中，而不会损坏数据和时钟总线。ADI的软件可编程和引脚可选I²C多路复用器有助于解决I2C地址限制，增加扇入或扇出能力，并为一体化解决方案集成总线缓冲器和上升时间加速度计。电阻可配置I²C地址转换器可配置超过100个独特的从机地址，使多个具有相同地址的从器件可在同一总线上共存。

编辑：hfy