I2C地址跳变问题的调试案例

引言：I2C作为使用最为广泛的通讯接口，调试各类I2C器件，大家应该都很轻车熟路。一般对于外挂电阻配置器件的I2C地址，例如电阻上拉之后，器件的地址就会固定下来不再变动，但是今天给大家分享一个自己的调试案例，即I2C地址跳变问题。

1.问题背景

该器件对外一起只有四个引脚：SDA、SCL、INT、RESET，其中对外输出中断引脚INT兼具器件地址设定功能，将INT上拉至VDDIO，地址为0X8A，INT无上拉，地址为0X88。

图3-1：控制线部分原理图

在上电启动之后，连续运行Linux地址查询命令，如图3-2所示，查询地址为0X45（7位地址，按8位即0X8A）。

图3-2：读取地址为0X45

断电再重启，然后运行查询命令，如图3-3所示，会偶发检测到地址跳变为0X44（0X88）。

图3-3：重新下电上电后读取地址

此时正确地址应该是0X45，所以偶发检测地址跳变为0X44说明器件上电初始对INT处的配置发生了误判。

2.怀疑点和排除过程

前端设备的高低电平影响

因为INT引脚是兼具I2C地址配置，如果INT存在初始拉低等情况，就会影响器件判断地址，在Application里面讲到：TP2912A通过在复位期间捆扎INT引脚来提供两个设备地址，0x88或0x8A。引脚上的上拉电阻器使设备地址为0x8A，如果电阻器不存在，则内部下拉电阻器的设备地址将为0x88。在选择设备地址时要注意，在判断复位期间，一些前端芯片可以强制驱动INT信号的逻辑低或高。在这种情况下，设备地址的检测可能是错误的，因为前端芯片驱动的逻辑电平与上拉或下拉电阻器无关，如果无法避免这些情况，则如果设备地址选择正确，则可以通过读取寄存器0xfe中的设备ID来实现软件工作。

图3-4：推荐INT Mode下读取地址程序

最开始测量INT点的电平，大约1.4V，所以其实INT引脚一直是高电平没有问题，然后断开INT与SOC的连接，继续上下电读地址，依然有I2C地址跳变问题存在，并且断开后单独测量SOC端的INT，为低电平0V，说明SOC没有配置这个引脚，没有使用到INT功能（软件端也确认过），所以排除前端设备影响INT的配置。

引脚耦合

引脚耦合这个理论上存在，但是实际中很难遇到，并且高达1.8V和0V的压差，耦合能量达到这么多几乎不可能，所以理论上排除引脚耦合问题。

上拉阈值临界

手册上的VDDIO是3.3V，并没有标注1.8V可以使用，使用1.8V是FAE的建议，也为了和前端SOC电平适配，所以是否1.8V处于一个临界上拉阈值导致器件判断失真。为了验证这一疑点，将INT上拉电阻取消，此时INT处于悬空（同时断开前级），地址应该固定为0X44，但依然存在地址跳变，说明也不是上拉阈值临界，注意这里的INT悬空并不等同于下拉到GND。

时序排查

考虑到是上下电过程中触发地址误判，不断电情况下地址不会变动，所以会不会存在这样一种时序情况：在VDDIO还在上电的过程中，器件就开始读INT的配置，此时电压临界。测量器件上电时序如下图3-5 ，其中C1是DVDD（1.2V），C2是RESET，C3是1.8V，C4是XTI（27MHz晶振输入）。

图3-5：关键信号上电时序

从图中可以看到，在XTI还在起振时，DVDD还处于上升阶段，此时芯片逻辑核心可能还没有开始工作，逻辑核心影响了器件读I2C地址。Application里面也提到了这一时序要求：由于POC（上电序列）功能在上电/断电事件期间在芯片内部操作，因此对每个电源树的上电和断电序列没有要求，复位应在晶体振荡器稳定后至少10个周期保持低电平，如图3-6所示：

图3-6：Application推荐Reset操作

为了验证这一猜想，首先触发一次0X44地址，然后不断电，给RESET一个复位拉低，然后再读地址，看地址是否会恢复到0X45，当然这里也可以使用手动复位，将RESET引脚手动接一下GND。

图3-7：不断电验证地址恢复

如图3-7所示，触发之后0X44变为0X45，验证有效，说明和猜想一致，最终确定是时序的问题。

3.如何修正

修正也很简单，如图3-8所示，前端SOC在上电之后10ms将Reset拉低，拉低时间≥10us。

图3-8：复位时间预估

4.总结

I2C地址跳变的问题比较难遇到，因为大多数器件是独立配置地址，如果是GND配置，自然不会考虑时序问题，但如果是上拉配置，就需要注意电压时序问题，在系统起来之前，配置电压就应该完全到位，如果有类似的情况或者电压无法调整，此时Reset不失为一种可靠的方法，不断电的情况下复位系统逻辑，器件就会重新去读地址然后写入寄存器，另外这一步需要放置主程序运行之前，否侧运行中地址变化会发生通讯中断。