Texas Instruments TCAL6416 I^2^C总线/SMBus I/O扩展器支持两线双向I^2^C总线（或SMBus）协议通用并行输入/输出 (I/O) 扩展解决方案。TCAL6416在I^2^C总线侧的电源电压 (VCCI) 为1.08V至3.6V，在P端口侧的电源电压 (VCCP) 范围为1.08V至3.6V。

数据手册：*附件：Texas Instruments TCAL6416 I²C总线 SMBus IO扩展器数据手册.pdf

TI TCAL6416 I^2^C总线/SMBus I/O扩展器具有100kHz (标准模式)、400kHz (快速模式) 和1MHz (快速模式+) I^2^C时钟频率。当开关、传感器、按钮、LED、风扇等需要额外I/O时，该器件提供了一种简单的解决方案。

TCAL6416具有敏捷I/O端口，还包括旨在提高I/O在速度、功耗和EMI方面性能的额外性能。这些其他特性包括可编程输出驱动强度、可编程上拉/下拉电阻、可闭锁输入、可屏蔽中断、中断状态寄存器以及可编程开漏或推挽输出。

特性

• 工作电源电压范围：1.08 V至3.6 V
• 支持1.2V、1.8V、2.5V和3.3V I^2^C总线和P端口之间的双向电压电平转换和GPIO扩展
• 1.8V时具有1µA（典型值）的低待机电流消耗
• 1MHz快速模式+ I^2^C总线
• 硬件地址引脚允许两个设备在同一根I^2^C、SMBus总线上。
• 低电平有效复位输入 (RESET)
• 低电平有效的开漏中断输出 (INT)
• 输入或输出配置寄存器
• 极性反转寄存器
• 可配置I/O驱动强度寄存器
• 上拉和下拉电阻器配置寄存器
• 内部上电复位
• SCL/SDA输入端静噪滤波
• 锁存输出带大电流驱动最大能力，用以直接驱动LED
• 闭锁性能超过100mA，符合JESD 78 II类标准
• 静电放电保护超出JESD 22标准
  • 4000V人体模型 (A114-A)
  • 1000V充电器件模型 (C101)

简化示意图

典型应用原理图

TCAL6416 I²C总线IO扩展器技术解析与应用指南

一、产品概述

TCAL6416是德州仪器(TI)推出的一款16位双向电压转换I²C/SMBus IO扩展器，具有中断输出、复位和灵活IO配置寄存器等特性。该器件在1.08V至3.6V的宽电压范围内工作，可实现1.2V、1.8V、2.5V和3.3V电平之间的双向转换。

‌核心特性‌：

• 工作电压范围：1.08V至3.6V（I²C总线侧和P端口侧独立供电）
• 支持1MHz Fast-mode Plus I²C时钟频率
• 16个可编程GPIO，支持输入/输出配置
• 低待机电流：1.8V时典型值1μA
• 灵活的IO配置：
  • 可编程输出驱动强度（4级可调）
  • 可编程上拉/下拉电阻（10kΩ）
  • 极性反转功能
  • 输入锁存功能
• 开漏中断输出(INT)和低电平有效复位输入(RESET)
• 硬件地址引脚支持同一I²C总线上连接两个器件
• 强大的ESD保护：4000V HBM，1000V CDM

二、关键技术创新

1. 电压电平转换技术

TCAL6416采用创新的电压转换架构，允许I²C总线侧(VCCI)和P端口侧(VCCP)采用不同电压供电（1.2V至3.6V任意组合）。这种设计使得该器件能够连接低电压处理器和高电压外围设备，解决了现代系统中混合电压设计的挑战。

2. Agile I/O技术

相比传统IO扩展器，TCAL6416提供了丰富的IO配置选项：

• ‌驱动强度调节‌：每个IO可独立配置为25%、50%、75%或100%驱动强度，优化功耗和EMI性能
• ‌上拉/下拉配置‌：内置可编程10kΩ上拉/下拉电阻，减少外部元件
• ‌输入锁存‌：可捕获瞬态输入信号变化，防止短脉冲丢失
• ‌中断屏蔽‌：可单独屏蔽每个IO的中断触发

三、硬件设计要点

1. 引脚配置

器件提供三种封装选择：

• ‌TSSOP-24‌ (7.8mm × 6.4mm)
• ‌VSSOP-24‌ (6.1mm × 4.9mm)
• ‌WQFN-24‌ (4mm × 4mm)

‌关键引脚功能‌：

• ‌INT‌：开漏中断输出，需外接上拉电阻
• ‌RESET‌：低电平有效复位输入，需上拉至VCCI
• ‌ADDR‌：硬件地址选择（接VCCP或GND）
• ‌P00-P17‌：16个可配置GPIO

2. 典型应用电路

• ‌I²C接口‌：SCL/SDA需接4.7kΩ上拉电阻至VCCI
• ‌电源设计‌：VCCI和VCCP需分别接0.1μF去耦电容
• ‌LED驱动‌：配置为输出时可直接驱动LED（最大25mA灌电流）
• ‌输入保护‌：浮动输入应配置上拉/下拉电阻

四、寄存器配置详解

TCAL6416通过I²C接口访问11组寄存器对：

寄存器	地址	功能描述	上电默认值
输入端口0	00h	读取P00-P07输入状态	实际电平
输出端口0	02h	设置P00-P07输出电平	1111 1111
极性反转0	04h	反转P00-P07输入极性	0000 0000
配置0	06h	配置P00-P07输入/输出方向	1111 1111
驱动强度0	40h-43h	设置IO驱动强度	1111 1111
输入锁存0	44h	启用P00-P07输入锁存	0000 0000

‌关键配置步骤‌：

1. 通过配置寄存器(06h/07h)设置IO方向
2. 通过输出端口寄存器(02h/03h)设置输出值
3. 通过驱动强度寄存器(40h-43h)优化驱动能力
4. 通过中断屏蔽寄存器(4Ah/4Bh)使能所需中断

五、典型应用场景

1. ‌服务器管理‌：扩展BMC处理器GPIO，监控风扇状态、温度报警等
2. ‌工业控制‌：连接按钮、开关和指示灯，减少长距离布线
3. ‌消费电子‌：在空间受限设计中扩展触摸按键接口
4. ‌汽车电子‌：实现不同电压域器件间的电平转换
5. ‌LED控制‌：直接驱动多路LED，支持PWM调光