SGM4551：双路双向 I2C 总线和 SMBus 电压电平转换器的深度解析

在电子设计领域，电压电平转换是一个常见且关键的问题。特别是在 I2C 总线和 SMBus 系统中，不同设备可能工作在不同的电压域，这就需要一个可靠的电压电平转换器来实现数据的双向传输。今天，我们就来深入了解一下圣邦微电子（SG Micro Corp）推出的 SGM4551 双路双向 I2C 总线和 SMBus 电压电平转换器。

文件下载：SGM4551-Brief.pdf

一、产品概述

SGM4551 是一款 2 位、具备使能（EN）功能的双路双向 I2C 电压转换器，适用于 SMbus 系统。它的参考电压范围较为灵活，VREF1 的典型工作范围为 1.2V 至 3.3V，VREF2 为 1.8V 至 5.5V，能够实现 1.2V 至 5V 信号的双向传输。

二、关键特性

1. 双向 I2C 转换

SGM4551 支持双向 I2C 信号转换，能够在不同电压域之间实现数据的双向传输，这对于连接不同工作电压的 I2C 设备非常有用。

2. 低传播延迟

由于其低导通电阻的特性，SGM4551 的传播延迟极小，小于 5.5ns，这有助于保证信号的快速传输，提高系统的响应速度。

3. 宽电压参考范围

它可以接受多种不同的电压参考组合，如 1.2V 的 VREF1 搭配 1.8V、2.5V、3.3V 或 5V 的 VREF2 等，提供了很大的设计灵活性。

4. 低导通电阻

典型导通电阻为 3.5Ω，能够减少信号传输过程中的损耗，提高信号质量。

5. GPIO 端口与 I2C 开漏逻辑

SCL1、SDA1、SCL2 和 SDA2 这些 GPIO 端口采用 I2C 开漏逻辑，方便与其他 I2C 设备进行连接。

6. 混合模式信号支持

I/O 端口支持混合模式信号，并且具有 5V 容限，能够适应不同的信号环境。

7. 高阻抗模式

当 EN 引脚为低电平时，SGM4551 进入高阻抗模式，此时可以实现隔离功能，避免信号干扰。

8. 无锁定操作

在 EN 为低电平时，能够实现无锁定的隔离操作，保证系统的稳定性。

9. 利于 PCB 布局

其内部引脚排列有利于 PCB 布局，方便工程师进行电路板设计。

10. 多种封装形式

提供 Green SOT - 23 - 8 和 XTDFN - 1.4×1 - 8L 两种环保封装，适用于不同的应用场景。

三、工作原理

使能控制

EN 引脚是使能控制引脚，当 EN 引脚电压比 SCL1 和 SCL2 电压高 1V 时，进入透明模式，此时 SCL1 与 SCL2、SDA1 与 SDA2 分别连接，信号可以双向传输；当 EN 引脚为低电平时，设备处于高阻抗状态，传输暂停。

电压参考

VREF1 和 VREF2 分别为低侧和高侧的参考电源电压，决定了不同侧的信号电平。当 SDA1 或 SDA2 为高电平时，其高电平取决于相应的电压参考。

四、应用注意事项

电容限制

由于总线引脚电容为 400pF，设备连接和总线长度会受到一定限制。不过，SGM4551 允许 I2C 总线两侧隔离，可添加更多 I2C 设备。

总线频率

支持 400kHz 和 100kHz 两种总线频率，当需要同时使用两种频率时，400kHz 的优先级更高。如果主机频率为 400kHz，由于额外延迟的影响，设备的工作频率必须低于 400kHz。

上拉电阻

在标准 I2C 应用中，需要为逻辑高电平添加拉电阻，每个中继器的两侧都需要上拉电阻，电阻值取决于 SGM4551 的工作情况。当多个主机连接到 SGM4551 时，标准工作电流为 3mA，在特定条件下可考虑使用高电流。

五、电气特性与参数

绝对最大额定值

包括 DC 参考电压范围（VREF1 和 VREF2 均为 - 0.3V 至 6V）、输入电压范围、输入/输出电压范围、连续通道电流、输入钳位电流、结温、存储温度范围、引脚焊接温度等参数，使用时不能超过这些额定值，否则可能会对设备造成永久性损坏。

推荐工作条件

工作温度范围为 - 40℃ 至 + 85℃，在这个范围内设备能够正常工作。

ESD 敏感性

该集成电路对 ESD 较为敏感，如果不采取适当的 ESD 保护措施，可能会导致设备损坏，从性能轻微下降到完全失效不等。因此，在处理和安装时需要特别注意。

六、封装与订购信息

封装形式

提供 SOT - 23 - 8 和 XTDFN - 1.4×1 - 8L 两种封装，不同封装有不同的引脚配置和尺寸。

订购信息

不同封装对应不同的订购型号和包装方式，如 SOT - 23 - 8 封装的型号为 SGM4551YN8G/TR，采用 Tape and Reel 包装，每盘 3000 个；XTDFN - 1.4×1 - 8L 封装的型号为 SGM4551YXDO8G/TR，每盘 5000 个。

标记信息

标记包含日期代码和序列号等信息，方便产品追溯。

七、总结

SGM4551 是一款功能强大、特性丰富的双路双向 I2C 总线和 SMBus 电压电平转换器。它在电压转换、信号传输、抗干扰等方面表现出色，为电子工程师在设计不同电压域的 I2C 系统时提供了可靠的解决方案。在实际应用中，工程师需要根据具体的设计需求，合理选择封装形式、设置电压参考和总线频率，并注意 ESD 保护等问题。你在使用类似的电压电平转换器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。