技术资讯 I I3C 总线技术概述与 PCB 设计指南

MIPI I3C（Improved Inter-Integrated Circuit） 是由 MIPI 联盟推出的新一代双线制串行总线标准。作为传统 I2C 标准的重大升级版本，I3C 在保留与传统 I2C 设备的向后兼容的同时，解决了 I2C 在多主控、数据速率及功耗方面的已知技术挑战。

 

三大核心技术特性

动态寻址（Dynamic Addressing）：省去外设的硬件地址引脚，由主设备自动分配动态地址。

热加入（Hot-Joining）：支持外设在总线通电运行状态下动态接入。

带内中断与仲裁（In-Band Interrupt & Arbitration）：无需额外中断引脚，通过内置仲裁机制实现多主设备冲突避免。

 

I3C 的工作原理

 

 

MIPI I3C 与传统 I2C 非常相似，都使用两线制接口在单条总线上与多个外设进行通信。该接口支持双向半双工通信，数据传输速率比 I2C 更高。在 I3C 标准中，开发的主要目标是减少总线所需的引脚数量，通过开漏信号实现功耗更低的数据传输，并保持与传统设备的兼容性。

 

下表比较了 I2C 和 I3C 的主要功能。

 

主要功能	I3C	I2C
数据速率	最高 33 Mbps	最高 1 Mbps（Fast-mode Plus）
高效节能	通过带内中断和更低的工作电压实现更高能效	相比 I3C 能效较低
复杂度	由于具有高级功能，因此更加复杂	设计和操作更简单
向后兼容性	向后兼容 I2C 设备	NA
总线管理	具备动态寻址和热加入功能，更为高级	缺乏动态寻址和热加入功能，较为基础
错误处理	增强的错误检测与恢复机制	基础的错误处理功能
通信模式	支持 SDR 和 HDR 模式，以及传统的类似 I2C 的模式	标准 I2C 通信模式

 

向后兼容性和方向性本质上允许 I3C 总线上的器件具有与 I2C 总线相同的基本拓扑结构。I3C 总线的附加功能允许多个 I2C 器件以及一个次级 I3C 主设备与标准 I3C 外设同时存在于总线上。通常，I2C 允许总线上存在多个控制器，但前提是它们只在各自的时间窗口内进行传输。I3C 支持多主设备总线，并且由于内置仲裁系统，不会出现 I2C 总线中的冲突问题。

 

典型拓扑如下所示，其中 I2C 和 I3C 器件均连接到总线。根据系统需要，总线上可以有多个 I2C 或 I3C 目标器件，以及次级 I3C 主设备器件。

 

典型的混合总线拓扑

 

在 PCB 上，由于使用开漏信号传输，总线仍将以标准方式进行布线：

 

使用合适的上拉电阻来限制流入驱动引脚开漏的电流。

通过电容来确定信号转换速率（上升时间）。

基于时钟频率，对于 I3C 而言，大约 100 ns 的典型上升时间仍然是可以接受的。

 

按照 I2C 总线的标准方式进行走线，即可完成 I3C 总线的物理设计。

 

 

什么是动态寻址？

 

I3C 中最重要的三大功能分别是动态寻址、热加入以及多主设备总线冲突避免机制。动态寻址的使用旨在通过省去地址引脚来减少总线上的引脚数量。使用动态寻址的步骤：

 

主设备向各设备发送一条初始命令，以启动 DAA（Dynamic Address Assignment，动态地址分配）。

未分配地址的设备用其 48 位临时 ID（PID，一种唯一标识符）进行响应。

然后，主设备根据 PID 为每个设备分配一个动态地址。

外设将动态地址存储在寄存器中。

 

由于寻址可以是动态的，外设的地址可以在后续进行更改。外设上仍然可以使用静态寻址，例如连接到 I3C 总线的传统 I2C 设备。

 

热加入

 

I3C 总线支持一种称为“热加入”（可以理解为热插拔）的过程，支持在总线运行时向总线添加新设备。例如，如果将一个带有 I3C 设备的模块插入正通电工作中的连接器，且该连接器露出了 I3C 总线引脚，那么 I3C 主设备就可以将该新 I3C 设备添加到总线上。

 

新接入的 I3C 设备必须向 I3C 主设备发出通知，表明自己已连接到总线上。这是通过热加入请求来实现的，新设备通过发送一个信号来表示其打算加入总线。一旦主设备确认了该新设备，就可以根据需要为其分配地址，然后开始通信。

 

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