探秘LTC1694 - 1：提升SMBus/I²C性能的利器

在电子设计领域，SMBus和I²C总线的性能对数据传输的速度和可靠性起着关键作用。今天，我们就来深入了解一款能显著提升这两种总线性能的芯片——LTC1694 - 1。

文件下载：LTC1694-1.pdf

LTC1694 - 1简介

LTC1694 - 1是一款双SMBus有源上拉器件，专为在所有指定的SMBus负载条件下提高数据传输速度和可靠性而设计，同时也兼容Philips I²C总线。它具有以下显著特点：

• 改善上升时间：能有效改善SMBus/I²C的上升时间过渡，确保数据传输的快速性。
• 保证数据完整性：在SMBus/I²C总线上连接多个设备时，可确保数据的完整性。
• 提高低态噪声容限：增强了总线的抗干扰能力。
• 宽电源电压范围：支持2.7V至6V的电源电压，适用范围广泛。
• 可并联使用：多个LTC1694 - 1器件可并联，以增加驱动能力。
• 小尺寸封装：采用低轮廓（1mm）的SOT - 23（ThinSOT™）封装，节省电路板空间。

关键参数与性能

绝对最大额定值

了解芯片的绝对最大额定值对于正确使用芯片至关重要。LTC1694 - 1的一些关键绝对最大额定值如下：

• 电源电压（VCC）：7V
• SMBus1、SMBus2输入：–0.3V至（VCC + 0.3V）
• 工作环境温度范围：LTC1694 - 1C为0°C至70°C，LTC1694 - 1I为–40°C至85°C
• 结温：125°C
• 存储温度范围：–65°C至150°C
• 引脚温度（焊接，10秒）：300°C

电气特性

在电气特性方面，LTC1694 - 1也表现出色：	符号	参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
VCC	电源电压范围		2.7		6	V
ICC	电源电流	SMBus1 = SMBus2 = VCC		15	45	80	µA
IPULL - UP	上拉电流	SMBus正过渡（图1），压摆率 = 0.5V/µs，SMBus > VTHRES		1.0	2.2		mA
VTHRES	输入阈值电压	压摆率 = 0.5V/µs（图1）		0.4	0.65	0.9	V
SRTHRES	压摆率检测器阈值	SMBus > VTHRES			0.2	0.5	V/µs
tr	SMBus上升时间	总线电容 = 200pF（注2）			0.32	1.0	µs
标准模式I²C总线上升时间	总线电容 = 400pF（注3）			0.30	1.0	µs
fMAX	SMBus最大工作频率	（注4）				100	kHz

典型性能特性

从典型性能特性曲线中，我们可以直观地看到LTC1694 - 1的性能表现。例如，上拉电流与SMBus电压的关系曲线，能帮助我们了解在不同电压下芯片的上拉电流变化情况；压摆率检测器阈值曲线则反映了芯片对压摆率的检测特性；待机模式电源电流曲线展示了在不同温度下芯片的电源电流消耗情况。

引脚功能

LTC1694 - 1采用5引脚的SOT - 23封装，各引脚功能如下：

• VCC（引脚1）：电源输入，电压范围为2.7V至6V，需连接一个0.1µF的旁路电容到地。当SMBus或I²C线处于非活动状态（SCL和SDA为逻辑高电平）时，电源电流典型值为45µA。
• GND（引脚2）：接地。
• NC（引脚3）：无连接。
• SMBus2（引脚4）：SMBus的有源上拉。
• SMBus1（引脚5）：SMBus的有源上拉。

工作原理

SMBus通信协议采用开漏驱动和电阻或电流源上拉，当总线电容较高时，上升时间会变慢，影响数据可靠性。LTC1694 - 1通过在总线正过渡期间提供2.2mA的上拉电流，快速消除总线电容，从而显著改善上升时间。

其内部针对每个SMBus输出引脚都有独立且相同的电路，包括正沿压摆率检测器和电压比较器。只有当SMBus线电压大于0.65V比较器阈值电压，且正压摆率大于0.2V/µs压摆率检测器阈值时，2.2mA上拉电流才会开启，直到SMBus线电压在VCC的0.5V范围内和/或压摆率降至0.2V/µs以下。

应用信息

外部电阻选择

在使用LTC1694 - 1时，需要选择合适的外部电阻RS和RP。外部上拉电阻RP用于在SMBus为逻辑0时提供稳态上拉电流，以激活LTC1694 - 1的2.2mA上拉电流。同时，为了保护I/O级免受ESD和高电压尖峰影响，有时会在总线代理的开漏驱动器上添加串联电阻RS。

选择RP和RS的值时，需要考虑多个因素：

• 低态噪声容限：低态逻辑电平VOL的值越低，噪声容限越好。VOL的计算公式为：VOL = （RL · VCC） / （RL + RP），其中RL是RS和开漏驱动器导通电阻RON的串联和。增加RP的值会降低VOL，增加RL的值会增加VOL。
• 初始压摆率：总线的初始压摆率SR由SR = （VCC - VOL） / （RP · CBUS）确定，SR必须大于LTC1694 - 1压摆率检测器阈值（最大0.5/µs）才能激活2.2mA上拉电流。
• 上升时间：SMBus线的上升时间tr由tr = t1 + t2计算得出，其中t1和t2的计算公式较为复杂，可根据具体情况进行简化计算。增加RP的值会增加上升时间。
• 下降时间：SMBus线的下降时间tf可通过相应的公式计算得出。

设计示例

以一个具体的设计为例，给定条件和要求如下：

• VCC = 3.3V（标称值）
• VOL = 0.4V（最大值）
• CBUS = 200pF（最大值）
• VILMAX = 0.8V，VIHMIN = 2.1V
• tr = 0.8µs（最大值），tf = 0.3µs（最大值）

若使用RS = 500Ω，驱动器的最大RON = 200Ω，则RL = 500 + 200 = 700Ω。通过一系列计算，最终确定RP的值为27kΩ，同时满足上升时间、下降时间、VOL和初始压摆率的要求。

ACK数据建立时间

在选择与下拉驱动器串联的RS值时，需要确保满足ACK（确认）的数据建立时间要求。如果SMBus从设备的RS值较高，需要更早地将SDA拉低，以确保有足够的ACK数据建立时间。或者，SMBus从设备可以将SCL线保持低电平，直到SDA线达到稳定状态，然后释放SCL以生成ACK时钟脉冲。

并联多个LTC1694 - 1

当总线电容高于200pF时，可以将多个LTC1694 - 1并联，以提供更高的上拉电流，满足上升时间要求。例如，将两个LTC1694 - 1并联可提供4.4mA的上拉电流。

相关部件

除了LTC1694 - 1，还有一些相关的部件在SMBus和I²C应用中也有广泛的应用，如LTC1380/LTC1393（8通道/4通道模拟多路复用器，具有SMBus接口）、LTC1427（10位电流DAC，具有SMBus接口）等。

总之，LTC1694 - 1是一款功能强大的芯片，能有效提升SMBus和I²C总线的性能。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，合理选择外部电阻，确保芯片的正常工作和数据传输的可靠性。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。