MAX7326：一款强大的I²C端口扩展器

在电子设计领域，端口扩展器是一种常见且实用的器件，它可以帮助我们增加系统的I/O端口数量，满足不同应用场景的需求。今天，我们要介绍的是Maxim Integrated推出的MAX7326 I²C端口扩展器，它具有12个推挽输出和4个输入端口，为电子工程师提供了丰富的功能和灵活的应用选择。

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一、产品概述

MAX7326是一款采用2线串行接口的外设，拥有16个I/O端口，其中包括12个推挽输出端口和4个输入端口。输入端口具备可选的内部上拉电阻，并且具有过压保护功能，可承受高达+6V的电压。此外，输入端口还支持状态变化检测（过渡检测），并带有中断输出，方便系统及时响应输入信号的变化。

该器件使用两个地址输入，通过四级逻辑实现16个I²C从地址，同时还能设置12个输出端口的上电默认状态，并以两个输入端口为一组，启用或禁用内部40kΩ上拉电阻。MAX7326采用24引脚QSOP和TQFN封装，工作温度范围为-40°C至+125°C，适用于汽车等对温度要求较高的应用场景。

二、产品特性

（一）电气特性

• 宽工作电压范围：工作电压范围为+1.71V至+5.5V，能够适应不同的电源环境。
• 低功耗：待机电流仅为0.6µA，在接口空闲时可有效降低功耗。
• 高驱动能力：12个推挽输出端口的灌电流额定值为20mA，能够驱动LED等负载。
• 过压保护：输入端口具有过压保护功能，可承受+6V的电压，提高了系统的可靠性。

（二）接口特性

• 高速I²C接口：支持400kHz的I²C串行接口，能够实现快速的数据传输。
• 中断功能：4个输入端口支持匹配锁存过渡检测，可通过中断掩码选择触发中断的输入组合，中断输出为开漏输出，可承受+6V的电压。

（三）温度特性

• 宽温度范围：工作温度范围为-40°C至+125°C，能够适应恶劣的环境条件。

三、应用领域

MAX7326适用于多种应用场景，包括但不限于以下领域：

• 手机：可用于扩展手机的I/O端口，实现更多功能。
• SAN/NAS：在存储区域网络和网络附属存储设备中，可用于增加I/O端口数量。
• 服务器：为服务器提供更多的I/O接口，满足服务器的多样化需求。
• 笔记本电脑：扩展笔记本电脑的I/O功能，提升用户体验。
• 卫星广播：在卫星广播设备中，可用于控制和监测相关设备。

四、引脚配置

MAX7326的引脚配置如下：	PIN	QSOP	TQFN	NAME	FUNCTION
1	22	INT	中断输出，低电平有效，开漏输出
2	23	RST	复位输入，低电平有效，用于清除2线接口
3, 21	24, 18	AD2, AD0	地址输入，用于选择设备从地址
4, 5, 10, 11, 13–20	1, 2, 7, 8, 10–17	O0, O1, O6–O15	输出端口，推挽输出，灌电流额定值为20mA
6–9	3–6	I2–I5	输入端口，CMOS逻辑输入，过压保护至+6V
12	9	GND	接地
22	19	SCL	I²C兼容串行时钟输入
23	20	SDA	I²C兼容串行数据I/O
24	21	V+	正电源电压，需通过0.047µF陶瓷电容旁路至GND
—	EP	EP	暴露焊盘，连接至GND

五、详细工作原理

（一）端口和中断特性

MAX7326的4个输入端口会持续监测状态变化，当输入状态发生改变时，会设置相应的标志位。这些标志位可以通过串行接口读取，并且在后续的读写操作中会被清除。中断输出INT可以通过中断掩码寄存器进行编程，用于标记输入数据的变化。默认情况下，任何输入端口的数据变化都会使INT输出为低电平。当通过串行接口访问MAX7326时，INT输出和所有过渡标志都会被复位。

（二）上电和复位

在上电时，过渡检测逻辑会被复位，INT输出被置为高电平。中断掩码寄存器会被设置为0x3C，启用所有4个输入端口的中断输出。过渡标志会被清除，以表示没有数据变化。12个推挽输出端口的上电默认状态会根据I²C从地址选择输入AD0和AD2进行设置。

此外，MAX7326还包含一个上电复位（POR）电路，当电源电压V+上升到VPOR（最大1.6V）以上时，POR电路会释放寄存器和2线接口，使器件进入正常工作状态。当V+下降到VPOR以下时，MAX7326会将所有输出寄存器的内容复位为POR默认值。

（三）串行接口

MAX7326作为一个从设备，通过I²C接口进行数据的发送和接收。接口使用串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL）实现主从设备之间的双向通信。主设备发起所有与MAX7326的数据传输，并生成SCL时钟来同步数据传输。

每个传输由主设备发送的起始条件开始，随后是MAX7326的7位从地址和R/W位，接着是1个或多个数据字节，最后以停止条件结束。在传输过程中，数据位在每个时钟脉冲期间进行传输，并且在SCL为高电平时，SDA上的数据必须保持稳定。接收方会使用一个时钟控制的第9位作为确认位，以确认接收到每个字节的数据。

六、应用注意事项

（一）端口输入和I²C接口电平转换

MAX7326的SDA、SCL、AD0、AD2、RST、INT和I2–I5引脚具有过压保护功能，可承受+6V的电压，这使得它可以在较低的电源电压下工作，同时I²C接口和/或输入端口可以由较高的逻辑电平驱动。例如，当MAX7326工作在+3.3V电源电压时，I²C接口和输入端口可以由+5V的逻辑电平驱动。

在进行输入电平转换时，需要注意输入高电压和低电压的要求。当V+ < 1.8V时，需要施加0.8 x V+的最小电压来表示逻辑高；当V+ ≥ 1.8V时，需要施加0.7 x V+的电压来表示逻辑高。如果MAX7326工作在+5V电源电压下，可能无法识别+3.3V的标称逻辑高电平。此时，可以使用开漏输出驱动MAX7326的输入，并使用上拉电阻连接到V+或更高的电源，以确保逻辑高电压大于0.7 x V+。

（二）端口输出信号电平转换

MAX7326的推挽输出端口（O0, O1, and O6–O15）具有保护二极管，当端口输出电压高于V+或低于GND时，保护二极管会将输出钳位到V+以上或GND以下的一个二极管压降。在使用时，不要对输出端口进行过压操作。当MAX7326断电（V+ = 0）时，每个输出端口会表现为一个连接到GND的二极管钳位。

（三）驱动LED负载

当使用MAX7326的12个输出端口之一驱动LED时，需要在LED串联一个电阻，以将LED电流限制在不超过20mA。将LED的阴极连接到MAX7326的端口，阳极通过串联的限流电阻（RLED）连接到V+。通过设置端口输出为低电平来点亮LED。电阻值可以根据以下公式计算： [R{LED }=left(V{SUPPLY }-V{LED }-V{OL}right) / I_{LED}] 其中，RLED是与LED串联的电阻阻值（Ω），VSUPPLY是驱动LED的电源电压（V），VLED是LED的正向电压（V），VOL是MAX7326在灌电流ILED时的输出低电压（V），ILED是LED的期望工作电流（A）。

（四）驱动大电流负载

MAX7326可以通过并联输出端口来驱动如继电器等大于20mA的负载。每20mA的负载电流至少需要一个输出端口（例如，一个5V、330mW的继电器需要四个并联的输出端口）。可以通过向MAX7326写入数据来同时设置或清除任意组合的端口，以实现负载共享设计。但要注意，器件的总灌电流不能超过100mA。

在切换电感负载（如继电器）时，需要在电感负载两端连接一个反向偏置的二极管，以保护MAX7326免受负电压瞬变的影响。二极管的峰值电流应大于电感负载的工作电流。

（五）电源供应

MAX7326的工作电压范围为+1.71V至+5.5V，工作温度范围为-40°C至+125°C。为了保证器件的稳定工作，需要在尽可能靠近器件的位置使用至少0.047µF的陶瓷电容将电源旁路到GND。对于TQFN版本，还需要将暴露焊盘连接到GND。

七、总结

MAX7326是一款功能强大、性能可靠的I²C端口扩展器，它具有丰富的特性和灵活的应用方式，能够满足多种电子系统的I/O扩展需求。在实际应用中，电子工程师可以根据具体的设计要求，合理选择MAX7326的配置和使用方式，以实现系统的优化设计。同时，在使用过程中，需要注意端口输入和输出的电平转换、负载驱动、电源供应等问题，以确保系统的稳定性和可靠性。

你是否在实际项目中使用过类似的端口扩展器？在使用过程中遇到过哪些问题？欢迎在评论区分享你的经验和见解。