MAX7310：2线接口8位I/O端口扩展器的详细解析

在电子设备设计中，I/O端口扩展器是一种常见且重要的组件，它可以帮助系统增加可用的I/O端口数量，以满足各种复杂的应用需求。今天我们要深入探讨的就是Maxim公司的MAX7310——一款带有复位功能的2线接口8位I/O端口扩展器。

文件下载：MAX7310.pdf

一、产品概述

MAX7310专为SMBus™兼容和I2C兼容的应用提供8位并行输入/输出端口扩展。它由输入端口寄存器、输出端口寄存器、极性反转寄存器、配置寄存器、总线超时寄存器和一个与SMBus/I2C兼容的串行接口组成。系统主设备可以通过写入极性反转寄存器来反转MAX7310的输入数据，还能通过写入总线超时寄存器来启用或禁用总线超时功能。其八个I/O端口中的任何一个都可以配置为输入或输出，低电平有效的复位输入会将八个I/O设置为输入状态。三个地址选择引脚可配置56个从机ID地址中的一个。

应用领域

该产品的应用范围十分广泛，涵盖了服务器、RAID系统、工业控制、医疗设备以及仪器仪表和测试测量等多个领域。

产品特性

1. 高速接口：具备400kHz的2线接口，能实现快速的数据传输。
2. 宽电压范围：可在2.3V至5.5V的电压下稳定工作。
3. 低功耗：典型待机电流仅为1.7µA，有助于降低系统功耗。
4. 总线超时保护：具备总线超时功能，确保无锁死操作。
5. 极性反转：支持极性反转，增加了设计的灵活性。
6. 默认输入设置：八个I/O引脚在上电时默认设置为输入。
7. 耐压输出：I/O0具有5V耐受的开漏输出。
8. 宽温度范围：可在 -40°C至 +125°C的汽车级温度范围内工作。

订购信息

PART	TEMP RANGE	PIN - PACKAGE	PKG CODE
MAX7310AUE	-40 °C to +125 °C	16 TSSOP	-
MAX7310AEE	-40 °C to +125 °C	16 QSOP	-
MAX7310ATE	-40 °C to +125 °C	16 Thin QFN	T1644 - 4

二、电气特性

绝对最大额定值

• 电源电压：V+ 到 GND 的电压范围为 -0.3V 至 +6V。
• I/O 输入电压：I/O1 - I/O7 作为输入时，电压范围为 (VSS - 0.3V) 到 (VDD + 0.3V)；I/O0 作为输入时，电压范围为 (VSS - 0.3V) 到 +6V。
• 其他引脚电压：SCL、SDA、AD0、AD1、AD2、RESET 的电压范围为 (VSS - 0.3V) 到 +6V。
• 直流电流：I/O0 的直流电流最大为 +400µA，I/O1 到 I/O7 的直流电流为 ±50mA，最大 GND 和 V+ 电流为 180mA。

直流电气特性

在不同的电源电压和工作条件下，MAX7310 展现出了稳定的电气性能。例如，在 2.3V 至 5.5V 的电源电压范围内，其输入电压低电平（VIL）典型值为 0.8V，输入电压高电平（VIH）典型值为 2V。

交流电气特性

该产品的交流电气特性也十分出色，SCL 时钟频率最高可达 400kHz，总线超时时间在 30ms 至 60ms 之间，确保了数据传输的稳定性和可靠性。

三、引脚描述与功能

MAX7310 采用了不同的封装形式，包括 16 引脚的 TSSOP、QSOP 和 Thin QFN 封装。各引脚的功能如下：	PIN (TSSOP/QSOP)	PIN (THIN QFN)	NAME	FUNCTION
1	15	SCL	串行时钟线
2	16	SDA	串行数据线
3	1	AD0	地址输入 0
4	2	AD1	地址输入 1
5	3	AD2	地址输入 2
6	4	I/O0	输入/输出端口 0（开漏）
7	5	I/O1	输入/输出端口 1
8	6	GND	电源地
9 - 14	7 - 12	I/O2 - I/O7	输入/输出端口 2 - 输入/输出端口 7
15	13	RESET	外部复位（低电平有效）
16	14	V+	电源电压，需用 0.047µF 电容旁路到 GND
-	PAD	Exposed pad	封装底部的外露焊盘，需连接到 GND

四、串行接口与通信协议

串行寻址

MAX7310 作为从设备，通过 2 线接口进行数据的发送和接收。该接口使用串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL）实现主设备与从设备之间的双向通信。主设备（通常是微控制器）发起所有与 MAX7310 之间的数据传输，并生成 SCL 时钟来同步数据传输。

传输过程

每次传输由主设备发送的起始条件开始，随后是 MAX7310 的 7 位从机地址加上一个 R/W 位、一个寄存器地址字节、一个或多个数据字节，最后以停止条件结束。

起始和停止条件

当接口不忙时，SCL 和 SDA 都保持高电平。主设备通过在 SCL 为高电平时将 SDA 从高电平转换为低电平来发出起始（S）条件，标志着传输的开始。当主设备与从设备通信结束后，通过在 SCL 为高电平时将 SDA 从低电平转换为高电平来发出停止（P）条件，此时总线可用于下一次传输。

五、寄存器功能

输入端口寄存器

这是一个只读端口，它反映了 I/O 端口的输入逻辑电平，无论该引脚在配置寄存器中被定义为输入还是输出，对其写入操作都会被忽略。

输出端口寄存器

用于设置由配置寄存器定义为输出的 I/O 端口的输出逻辑电平。从该寄存器读取的值反映的是控制输出选择的触发器中的值，而不是实际的 I/O 值，因为如果输出过载，实际值可能会有所不同。

极性反转寄存器

允许对由配置寄存器定义为输入的端口进行极性反转。通过在该寄存器中写入 1 可以反转相应端口引脚的极性，写入 0 则保留其原始极性。

配置寄存器

用于配置端口的方向。将该寄存器中的位设置为 1 可将相应的端口引脚启用为具有高阻抗输出驱动器的输入，设置为 0 则将其启用为输出。

总线超时寄存器

通过设置位 T0 可以启用或禁用总线超时功能。启用超时功能后，当在对 MAX7310 进行读写访问时 SCL 停止在高电平或低电平时，串行总线接口将被复位。如果在有效的串行传输开始后，SCL 或 SDA 低电平持续时间超过 30ms 且不超过 60ms，接口将自动复位。

六、应用注意事项

电源供应

MAX7310 可以在 2.3V 至 5.5V 的电源电压下工作。为了确保其稳定运行，应尽可能靠近器件使用 0.047µF 的电容将电源旁路到 GND。对于 QFN 版本，还需要将底部的外露焊盘连接到 GND。

芯片信息

该芯片的晶体管数量为 10,256 个，采用了 BiCMOS 工艺。

七、总结

MAX7310 是一款功能强大、性能稳定的 8 位 I/O 端口扩展器，其丰富的功能和特性使其在众多应用领域中都能发挥重要作用。在设计电子系统时，工程师可以根据具体的需求选择合适的封装形式和配置，充分利用其各种寄存器的功能来实现灵活的 I/O 控制。同时，在使用过程中要注意电源供应和引脚连接等细节，以确保产品的正常运行。大家在实际应用中是否遇到过类似 I/O 扩展器的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。