I2C为何一定要升级到I3C？I3C能取代传统通信接口？

什么是I2C接口？

I2C总线是大家比较熟悉的同步串行总线技术，是飞利浦公司于1981年发明的。它是一种2线（SDA、SCL）同步串行接口，广泛用于连接外设与处理器和MCU，实现设备之间的短距离通信。后来许多公司都推出了使用I2C总线规范的产品，其中包括Texas Instruments、NEC、Nordic Semiconductor、STMicroelectronics、Siemens、Intersil等科技公司。

I2C 接口主要特性：
 

（1）支持双向数据传输。

（2）两线接口通信（SDA（串行数据）和 SCL（串行时钟）。

（3）从设备使用7位、10位进行寻址。

（4）传输速率低，HS模式下仅3.4 Mbps。

（5）无固定传输长度。

 

I2C具有能够在控制器和外围设备之间进行快速、可靠的数据传输，同时可支持互连多个设备，实现多种数据的传输的优点。但随着应用场景需求的变化，其局限性也被凸显出来，如有限的速率、传输距离较短、功耗偏大等。为摆脱新需求下I2C的性能缺失，I3C应运而生。

 

什么是I3C接口？

I3C：Improved Inter Integrated Circuit。MIPI联盟于2016年正式发布了第一个I3C规范v1.0。I3C是改进型内部集成电路的缩写形式，是类似于I2C的2线数字接口。它对之前发布的I2C和SPI接口进行了改进和优化，解决了I2C通信速度慢的问题，优化了SPI通过四线连接的缺点。I3C同时解决I2C功耗较高的问题，I3C成为低功耗、低成本和快速数字接口，它支持主机MCU和传感器等外围设备之间的多点连接以及多主控设备。

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I3C 接口主要特性：

（1）2线串行接口（使用SDA和SCL），时钟频率高达12.5 MHz。

（2）向下兼容I2C。

（3）I3C采用动态寻址。

（4）支持静态I2C寻址。

（5）支持I2C单数据速率消息传送 (SDR)。

（6）支持可选的高数据速率消息传送模式 (HDR)。

（7）支持多点、带内中断和热插拔。

 

I2C 与 I3C 的区别

以下是I2C 和 I3C 在主要功能和参数上的差异：

与I2C相比，I3C存在许多优势和差异，MIPI联盟虽尽量使I3C向后兼容I2C，但也并非完全向后兼容。如以下方面还存在显著区别：
 

1. 时钟延展

当设备间进行通信，出现设备要读/写数据但传输的数据尚未准备好的情况时，一些I2C设备会通过时钟延展来暂停时钟，从而允许更多的时间来满足某些时序要求。而I3C通信所支持的设备完全独立于SCL时钟，是禁止使用时钟停滞的。因此，支持时钟延展的I2C设备为能与I3C兼容，必须在无延展的时钟频率上工作。

 

2. 速率模式

I2C具有时序和最大通信速率各不相同的几种速率模式。但I3C并不支持I2C提供的所有速率模式，仅支持其中的两种速率模式，即快速模式和快速模式+。当I3C控制器与I2C目标设备通信时，控制器会降低总线速率。

 

3. Glitch滤波器

Glitch滤波器用于滤除通信总线上的各种无用噪声。许多I2C设备在串行线上内置50ns的Glitch滤波器，可以防止对数据和时钟的干扰。由于I3C支持更高的通信速率，因此没有在I3C中内置此类滤波器。

 

兼容I3C的设备需要哪些条件？

（1）使用适合此类I3C目标的ENTDAA、SETDASA和SETAASA CCC的任意组合，为I3C（2）总线上的任何I3C目标分配唯一的动态地址。

（3）特定的CCC和已知的静态地址（如果有的话）必须是预先配置的，即系统设计者已知的。

（4）管理其上拉结构，包括SDA和SCL的开漏类上拉和High-Keeper上拉。

（5）在漏极开路模式下管理START请求和地址标头仲裁。

（6）使用错误恢复升级模型恢复 I3C 目标设备。

（7）支持控制器强制执行的所有CCC命令，包括ENEC、DISEC、ENTDAA、SETDASA、RSTDAA、GETCAPS、RSTACT、GETPID、GETBCR、GETDCR 和 GETSTATUS。

 

上述要求适用于作为其I3C总线主控的I3C设备。在总线初始化期间作为辅助控制器的 I3C 设备（或在总线初始化后随后加入的设备）不需要满足所有这些要求。

 

I3C最初的设计初衷是作为用于所有数字接口传感器的单一接口用于移动应用。但它现在适用于MCU、传感器、控制器、电源调节器、FPGA等所有中速嵌入式和深度嵌入式应用。由于I3C的低功耗特性，允许多点连接，适用于所有嵌入式系统。I3C和I2C两种协议混用的情况将变得更加常见。