MAX7328/MAX7329：I2C 端口扩展器的详细解析

在电子设计领域，端口扩展器是一种常见且实用的器件，它能帮助工程师在有限的资源下扩展系统的输入输出能力。今天，我们就来深入了解一下 Maxim 公司的 MAX7328/MAX7329 I2C 端口扩展器。

文件下载：MAX7329.pdf

一、概述

MAX7328/MAX7329 是具有八个 I/O 端口的 2 线串行接口外设。任何端口都可以用作逻辑输入或开漏输出，所有输入端口会持续监测状态变化（过渡检测），并通过开漏、5.5V 耐压的 INT 输出发出警报。

这两款器件的主要区别在于其从机 ID 地址范围。MAX7328 的从机 ID 范围是 0100xxx（0x20 到 0x27），而 MAX7329 的从机 ID 范围是 0111xxx（0x38 到 0x3F）。

二、特性亮点

1. 接口与电压

• 串行接口：具备 100kHz、5.5V 耐压、I2C 兼容的串行接口，能与多种设备进行高效通信。
• 工作电压：工作电源电压范围为 2.5V 至 5.5V，适应不同的电源环境。

2. 低功耗设计

待机电流消耗最大仅为 10μA，有效降低了系统的整体功耗。

3. 端口能力

• 端口扩展：作为 I2C 总线到并行端口的扩展器，提供 8 位远程 I/O 端口。
• 驱动能力：输出具有高电流驱动能力，可直接驱动 LED，并且端口输出可以驱动连接到高达 MAX7328/MAX7329 电源电压的任何电压的负载。

4. 地址配置

通过三个硬件地址引脚进行地址设置，最多可使用八个设备（同时使用 MAX7328/MAX7329 时最多可达 16 个），方便系统的扩展和管理。

5. 兼容替代

可作为 PCF8574 和 PCF8574A 的第二货源，为设计提供了更多的选择。

三、应用领域

MAX7328/MAX7329 适用于多种应用场景，如 RAID、服务器、笔记本电脑以及工业领域等。在这些场景中，它能够有效地扩展系统的 I/O 端口，满足不同设备的需求。

四、技术参数

1. 绝对最大额定值

• 电压范围：V+、SCL、SDA、AD0、AD1、AD2、INT 引脚的电压范围为 -0.3V 至 +6V；P0 - P7 引脚的电压范围为 -0.3V 至 (V+ + 0.3V)。
• 电流限制：P0 - P7、SDA、INT 输出灌电流最大为 25mA；SCL、SDA、AD0、AD1、AD2、INT、P0 - P7 输入电流最大为 20mA；总 V+ 电流和总 GND 电流最大均为 100mA。
• 功率耗散：不同封装的连续功率耗散不同，如 16 引脚宽 SO 封装在 +70°C 以上以 9.5mW/°C 降额，最大为 762mW。

2. 电气特性

参数	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
工作电源电压	V+		2.5		5.5	V
供电电流（接口运行）	I+	fSCL = 100kHz，其他数字输入在 V+ 或 GND		40	100	μA
待机电流（接口空闲）	I+	SCL、SDA 和其他数字输入在 V+ 或 GND		1	10	μA
上电复位电压	VPOR			1.3	2.4	V
输入低电压	VIL				0.3 x V+	V
输入高电压	VIH		0.7 x V+			V
最大允许通过保护二极管的输入电流	IPPROT				±400	μA
输出低电流 SDA	IOLSDA	VSDA = 0.4V	3			mA
输入泄漏电流	IIH, IIL	引脚在 V+ 或 GND	-0.25		+0.25	μA
输入电容	CI2C	引脚在 GND			7	pF
端口输出低输出电流	IOL	VOL = 1V，V+ = 5V	10	25		mA
端口输出高输出电流	IOH	VOH = GND	30		300	μA
输出高瞬态上拉电流	IOHt	确认期间源电流，VOH = GND，V+ = 2.5V		1		mA
输入电容 P0 - P7	CP				10	pF
中断输出低电流 INT	IOLINT	VOLINT = 0.4V	1.6			mA

3. 时序特性

参数	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
端口输出数据有效	tPPV	CL ≤ 100pF			4	μs
端口输入建立时间	tPSU	CL ≤ 100pF	0			μs
端口输入保持时间	tPH	CL ≤ 100pF	4			μs
INT 输入数据有效时间	tIV	CL ≤ 100pF			4	μs
INT 从确认复位延迟时间	tIR	CL ≤ 100pF			4	μs
串行时钟频率	fSCL				100	kHz
总线上可容忍的尖峰宽度	tSP				100	ns
停止和启动之间的总线空闲时间	tBUF		4.7			μs
启动或重复启动建立时间	tSU, STA		4.7			μs
启动或重复启动保持时间	tHD, STA		4			μs
SCL 时钟低周期	tLOW		4.7			μs
SCL 时钟高周期	tHIGH		4			μs
SDA 和 SCL 上升时间	tR				1	μs
SDA 和 SCL 下降时间	tF				300	ns
数据建立时间	tSU, DAT		250			ns
数据保持时间	tHD, DAT				0.9	μs
SCL 低到数据输出有效	tVD, DAT	SCL 低到 SDA 输出有效			3.4	μs
停止条件建立时间	tSU, STO		4			μs
每条总线线路的电容负载	Cb				400	pF

五、引脚说明

引脚	SO SSOP/TSSOP	名称	功能
1, 2, 3 6, 7, 9	AD0, AD1, AD2	地址输入。AD0、AD1 和 AD2 设置设备从机地址，可连接到 GND 或 V+
4 - 7, 9 - 12 10, 11, 12, 14, 16, 17, 19, 20	P0 - P7	输入/输出端口，为开漏 I/O
8	15	GND	接地
13	1	INT	中断输出，为开漏输出，额定电压 5.5V
14	2	SCL	I2C 兼容的串行时钟输入
15	4	SDA	I2C 兼容的串行数据 I/O
16	5	V+	正电源电压，需用 0.047μF 陶瓷电容旁路到 GND
3, 8, 13, 18	N.C.	无连接，内部未连接

六、详细功能

1. 功能概述

MAX7328/MAX7329 是通用端口扩展器，可提供八个开漏输入/输出端口，灌电流能力为 20mA，所有端口组合最大可承受 100mA 电流。端口输出可以驱动连接到高达其电源电压的负载。

2. 端口配置

任何端口都可以通过将端口输出逻辑设置为高来配置为逻辑输入。当通过串行接口读取 MAX7328 或 MAX7329 时，会读取端口引脚的实际逻辑电平。

3. 上拉电阻

当 I/O 端口为高时，内部上拉到 V+ 激活；输出为低时，上拉关闭以降低静态电流。此外，还有额外的强上拉到 V+，可实现重负载输出的快速上升沿。

4. 中断功能

MAX7328/MAX7329 提供开漏输出（INT）。在输入模式下，端口输入的任何上升或下降沿都会产生中断。中断电路的重置和重新激活可通过将端口数据更改为原始设置或对产生中断的端口进行读写操作来实现。

5. 上电初始化

上电时，八个 I/O 端口的默认状态为高，可作为输入或输出。中断输出 INT 复位，INT 变为高（如果未安装外部上拉电阻，则为高阻抗）。

七、串行接口通信

1. 串行寻址

MAX7328/MAX7329 作为从设备，通过 I²C 兼容的 2 线接口发送和接收数据。主设备发起所有数据传输，并生成 SCL 时钟来同步数据传输。

2. 传输过程

每次传输包括主设备发送的 START 条件，随后是 MAX7328 或 MAX7329 的 7 位从机地址加 R/W 位、寄存器地址字节、一个或多个数据字节，最后是 STOP 条件。

3. 位传输与确认

每个时钟脉冲传输一位数据，SDA 上的数据在 SCL 为高时必须保持稳定。确认位是第 9 位时钟，用于握手接收每个数据字节。

4. 从机地址

MAX7328 和 MAX7329 都有 7 位长的从机地址，第 8 位是 R/W 位。MAX7328 的前四位固定为 0100，MAX7329 的前四位固定为 0111，后三位由地址输入 AD2、AD1 和 AD0 选择。

5. 读写操作

• 读取操作：从 MAX7328 或 MAX7329 读取数据可返回端口状态并清除 INT 输出。单字节或 2 字节读取会在 I2C 确认位期间采样输入端口数据。
• 写入操作：向 MAX7328 或 MAX7329 写入数据包括发送从机地址（R/W 位为 0），然后是一个或多个数据字节。

八、应用注意事项

1. 热插拔应用

当 MAX7328/MAX7329 掉电（V+ = 0V）时，其 SDA、SCL、AD0、AD1、AD2、RST 和 P0 - P7 I/O 保持高阻抗，可用于热插拔应用。

2. 电源考虑

MAX7328/MAX7329 在 -40°C 至 +125°C 温度范围内，工作电源电压为 2.5V 至 5.5V。应使用至少 0.047μF 的陶瓷电容尽可能靠近设备旁路电源到 GND。

九、总结

MAX7328/MAX7329 以其丰富的功能、低功耗和灵活的配置，为电子工程师在扩展 I/O 端口方面提供了一个优秀的解决方案。无论是在工业控制、服务器还是笔记本电脑等领域，都能发挥重要作用。在实际设计中，工程师可以根据具体需求合理选择和使用这两款器件，以实现系统的高效运行。

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