TCA9517-Q1电平转换I2C总线中继器：设计与应用详解

在当今复杂的电子系统中，I2C和SMBus系统的应用越来越广泛，而电平转换和总线中继的需求也日益凸显。TCA9517-Q1作为一款专门为满足这些需求而设计的器件，为电子工程师们提供了一个强大而可靠的解决方案。今天，我们就来深入探讨一下TCA9517-Q1的特性、应用以及设计要点。

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一、TCA9517-Q1特性剖析

汽车级标准与功能安全

TCA9517-Q1符合面向汽车应用的AEC-Q100标准，器件工作温度范围为 -40°C 至 125°C，HBM分级等级达 ±5500V，CDM分级等级为 ±1000V。这使得它在汽车电子等对可靠性要求极高的领域也能稳定工作。同时，它还提供功能安全相关文档，有助于进行功能安全系统设计，为工程师们的设计提供了更多保障。

电平转换与缓冲功能

该器件是一款具有电平转换功能的双向缓冲器，适用于I2C和SMBus系统。它能够实现低压（低至0.9V）和更高压（2.7V至5.25V）之间的双向电压电平转换，无论是上升转换还是下降转换都能轻松应对。其双通道双向缓冲器设计，可缓冲I2C总线上的串行数据（SDA）和串行时钟（SCL）信号，能连接两条总线电容高达400pF的总线，有效扩展了I2C和SMBus系统，且在电平转换期间不会降低系统性能。

电源与输入特性

在电源方面，A侧工作电源电压范围为0.9V至5.25V，B侧为2.7V至5.25V，可灵活适应不同的电源环境。它具有高电平有效中继器使能输入，漏极开路I2C I/O，且I2C和使能输入支持混合模式信号操作，能适应标准模式和快速模式I2C器件以及多个控制器。此外，器件断电时I²C引脚呈高阻抗状态，闩锁性能超过100mA，符合JESD 78 II类规范要求。

二、TCA9517-Q1的应用领域

TCA9517-Q1的应用十分广泛，常见于服务器、路由器（电信交换设备）、工业设备以及包含多个I2C目标和/或长PCB迹线的产品中。在这些应用场景中，它能够有效解决不同电压电平之间的通信问题，确保系统的稳定运行。

三、器件详细设计与工作原理

驱动器类型与特性

TCA9517-Q1具有A侧驱动器和B侧驱动器两种类型。B侧驱动器运行电压介于2.7V至5.25V之间，内部缓冲器的输出低电平大约为0.5V，当输出在内部被驱动为低电平时，输入并不将此低电平识别为低电平，这一特性防止了锁定情况的发生。A侧驱动器运行电压介于0.9V至5.25V之间，能够驱动更大的电流，不需要经缓冲的低电平特性，可适应低电压逻辑更小的电压摆幅。

引脚配置与功能

PIN NO.	NAME	TYPE	DESCRIPTION
1	VCCA	Supply	A-side supply voltage (0.9 V to 5.25 V)
2	SCLA	Input/Output	Serial clock bus, A-side. Connect to VcA through a pullup resistor. If unused, connect directly to ground.
3	SDAA	Input/Output	Serial data bus, A-side. Connect to VccA through a pull-up resistor. If unused, connect directly to ground.
4	GND	Ground	Ground
5	EN	Input	Active-high repeater enable input
6	SDAB	Input/Output	Serial data bus, B-side. Connect to Vcc through a pullup resistor. If unused, connect directly to ground.
7	SCLB	Input/Output	Serial clock bus, B-side. Connect to Vcc through a pullup resistor. If unused, connect directly to ground.
8	VCCB	Supply	B-side and device supply voltage (2.7V to 5.25 V)

工作原理

当A侧被拉低时，比较器检测到下降沿，使B侧内部驱动器打开，将B侧拉低至约0.5V；当B侧下降时，CMOS滞后型输入检测到下降沿，使A侧内部驱动器打开，将A侧引脚拉低至地。

四、应用设计要点

电源供应

$V{CCB}$和$V{CCA}$可以任意顺序上电。TI建议使用一个约100nF的去耦电容，并将其靠近$V{CCA}$和$V{CCB}$引脚放置，以确保电源的稳定性。

布局设计

TCA9517-Q1的布局没有特殊要求，但建议将去耦电容尽可能靠近VCC引脚放置。同时，在设计时要注意避免信号干扰，确保信号的稳定传输。

时钟拉伸支持

该器件可以支持时钟拉伸，但需要注意在目标和控制器交接期间尽量减小过冲电压，可通过增加上拉电阻值来实现。

$V_{ILC}$和上拉电阻选型

为了使TCA9517-Q1正常工作，B侧所有设备必须能够将B侧拉到低于电压输入低电平竞争电平（$V{ILC}$），即任何设备的$V{OL}$必须低于0.4V。可以通过改变设备的$I{OL}$来调整$V{OL}$，而$I_{OL}$由上拉电阻值设置。因此，B侧的上拉电阻必须仔细选择，以确保逻辑电平能够正确传输到A侧。

五、总结

TCA9517-Q1作为一款功能强大的电平转换I2C总线中继器，凭借其丰富的特性和广泛的应用领域，为电子工程师们在设计I2C和SMBus系统时提供了一个优秀的解决方案。在实际应用中，我们需要根据具体的设计需求，合理选择电源、布局和电阻等参数，以确保器件能够发挥出最佳性能。同时，我们也要关注器件的最新文档和技术支持，不断优化我们的设计。大家在使用TCA9517-Q1的过程中，有没有遇到过什么特别的问题或者有什么独特的设计经验呢？欢迎在评论区分享交流。