TCA9617A：I²C总线应用的理想之选

在电子工程师的日常设计中，I²C总线系统的设计和优化是一个常见的挑战。今天，我们就来深入探讨一款在I²C总线应用中表现出色的器件——TCA9617A。

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一、TCA9617A简介

TCA9617A是一款专为I²C总线和SMBus系统设计的BiCMOS双双向缓冲器。它具有诸多出色的特性，使其在众多应用场景中都能发挥重要作用。

特性亮点

1. 多模式支持：支持标准模式、快速模式（400kHz）和快速模式+（1Mhz）的I²C操作，能够适应不同的通信速率需求。
2. 宽电压范围：A侧的工作电源电压范围为0.8V至5.5V，B侧为2.2V至5.5V，可实现0.8V至5.5V以及2.2V至5.5V的电压电平转换，适用于各种混合电压的应用场景。
3. 双向缓冲：具备双信道双向I²C缓冲功能，可对I²C总线上的串行数据（SDA）和串行时钟（SCL）信号进行缓冲，允许在I²C应用中连接两个550pF的总线。
4. 其他特性：具有主动高电平的中继器使能输入、开漏I²C I/O、5.5V耐受的I²C和使能输入支持、无锁定操作、支持时钟拉伸和多控制器仲裁等特性，同时其闩锁性能超过100mA，ESD保护也超过了相关标准。

应用场景

TCA9617A的应用十分广泛，常见于服务器、路由器（电信交换设备）、工业设备以及具有许多I²C目标和/或长PCB走线的产品中。

二、引脚配置与功能

TCA9617A采用VSSOP (8)封装，尺寸为3mmx3mm。其引脚功能如下表所示：	PIN NAME	NO.	DESCRIPTION
VCCA	1	A侧电源电压（0.8V至5.5V）
SCLA	2	I²C SCL线，A侧。通过上拉电阻连接到Vcca
SDAA	3	I²C SDA线，A侧。通过上拉电阻连接到VccA
GND	4	电源地
EN	5	主动高电平的中继器使能输入。内部通过弱上拉电阻连接到Vcce
SDAB	6	I²C SDA线，B侧。通过上拉电阻连接到Vcce
SCLB	7	I²C SCL线，B侧。通过上拉电阻连接到Vcca
VCCB	8	B侧和器件电源电压（2.2V至5.5V）

三、规格参数

绝对最大额定值

在使用TCA9617A时，需要注意其绝对最大额定值，如VCCB和VCCA的电源电压范围为 -0.5V至6.5V等。超出这些范围可能会导致器件永久性损坏。

ESD额定值

该器件的ESD保护性能出色，人体模型（HBM）为±4000V，带电设备模型（CDM）为±1500V。

推荐工作条件

推荐的工作条件包括A侧总线电源电压VCCA为0.8V至VccB，B侧总线电源电压VCCB为2.2V至5.5V，环境温度TA为 -40°C至85°C等。

热信息

了解器件的热信息对于确保其稳定工作至关重要。TCA9617A的热阻参数如结到环境热阻RθJA为171.5°C/W等。

电气特性

在不同的电源电压和温度条件下，TCA9617A具有特定的电气特性，如输入钳位电压VIK、低电平输出电压VOL等。

时序要求

时序要求规定了信号的传播延迟、转换时间和建立时间等参数。例如，EN高电平在起始条件之前的建立时间tsu.en为100ns。

四、详细描述

概述

TCA9617A的设计基于标准的I²C系统，需要上拉电阻来提供缓冲总线上的逻辑高电平。其B侧驱动器工作在2.2V至5.5V，具有缓冲低电平特性；A侧驱动器工作在0.8V至5.5V，没有缓冲低电平特性，能适应低电压逻辑的小电压摆幅。

功能框图

通过功能框图，我们可以更清晰地了解TCA9617A的内部结构和信号流向。

特性描述

• 双向电平转换：能够在混合模式应用中实现低电压（低至0.8V）和较高电压（2.2V至5.5V）之间的双向电压电平转换。
• VOL B侧偏移电压：B侧的低电平信号可能会有一个基座，在设计时需要注意控制上拉强度，以避免过度过冲。
• 高低转换特性：当A侧总线驱动到VCCA的30%时，B侧驱动器开启，B侧先拉低到0V，然后稳定在0.5V。

  器件功能模式

  TCA9617A具有主动高电平使能（EN）输入，用户可以选择中继器何时激活。在I²C操作期间，EN输入状态不能改变，否则可能会导致总线挂起或使I²C部件混乱。

五、应用与实现

应用信息

以一个典型应用为例，系统控制器运行在0.9V的I²C总线上，目标连接到2.5V的总线，两者都以400kHz的速率运行。TCA9617A具有5V耐受能力，无需额外电路即可实现不同电压总线之间的转换。

典型应用

标准应用

• 设计要求：VCCA为0.8V至5.5V，VCCB为2.2V至5.5V，IOL > IO。
• 详细设计步骤：包括上拉电阻的选型，要确保B侧所有设备能够将B侧拉到电压输入低电平竞争水平（0.4V）以下，同时要保证上升时间大于20ns。
• 应用曲线：通过应用曲线可以更直观地了解信号的传输和变化情况。

  星形应用

  多个TCA9617A的A侧可以连接成星形配置，实现所有节点之间的通信。其设计要求、详细设计步骤和应用曲线与标准应用类似。

  串联应用

  多个TCA9617A可以串联连接，只要A侧连接到B侧。但串联设备的数量受中继器延迟和最大总线速度要求的限制。同样，其设计要求、详细设计步骤和应用曲线也与标准应用类似。

  电源供应建议

  VCCA需要0.8V至5.5V的电源供应，VCCB需要2.2V至5.5V的电源供应，且VCCB必须始终高于VCCA，上电时VCCB必须先于VCCA上升。同时，建议使用标准的去耦电容。

  布局建议

  推荐的去耦电容应尽可能靠近TCA9617A的VCCA和VCCB引脚放置，以确保电源的稳定性。

六、总结

TCA9617A凭借其丰富的特性、广泛的应用场景和良好的电气性能，成为了I²C总线和SMBus系统设计中的一个优秀选择。在实际应用中，我们需要根据具体的设计要求，合理选择引脚配置、电源供应和布局方式，以充分发挥TCA9617A的优势。同时，要注意遵循器件的规格参数和应用建议，确保系统的稳定性和可靠性。你在使用TCA9617A或类似器件时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。