深入解析onsemi FXL6408：8位I²C控制GPIO扩展器

在电子设计领域，GPIO扩展器是一种常见且实用的器件，它能够帮助工程师在不升级中央处理器的情况下，为系统添加更多的通用输入/输出（GPIO）端口。今天，我们就来深入了解一下onsemi的FXL6408，一款功能强大的8位I²C控制GPIO扩展器。

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一、产品概述

FXL6408是一款8位I²C控制的GPIO扩展器，它可以将中央处理器的六个端口释放出来，用于更关键的功能。通过使用两个I/O端口进行I²C控制，该设备能够为系统处理器添加八个GPIO端口，实际上相当于增加了六个额外的I/O。这使得它在多种应用场景中都能发挥重要作用，从按钮监控到驱动系统中其他IC的控制引脚。

二、产品特性

2.1 I/O端口扩展

FXL6408实现了连接处理器I/O端口的4倍扩展，拥有8个独立可配置的I/O端口，为系统设计提供了极大的灵活性。

2.2 低功耗设计

其低功耗静态电流仅为1.5μA，有助于降低系统的整体功耗，延长设备的续航时间。

2.3 电压转换能力

能够实现从低至1.65V的I²C端口到高达4.0V的GPIO引脚的电压转换，适应不同的电压环境。

2.4 可选择设备地址

用户可以根据需要选择设备地址，方便在同一I²C总线上连接多个FXL6408设备。

2.5 6mA输出驱动

每个GPIO引脚在配置为输出时，能够提供6mA的输出驱动能力，满足大多数应用的需求。

2.6 中断引脚

INT引脚可用于向处理器发出状态变化的警报，减少处理器的轮询操作，提高系统的响应速度。

三、引脚配置与说明

FXL6408采用UQFN16封装，其引脚配置如下：	Pin No.	Pin Name	Description
1	INT	中断输出，开漏，低电平有效；需要一个外部上拉电阻连接到VCC
2	VDDIO	I/O侧电压转换的参考电压（如果不需要I/O转换，将VDDIO连接到VCC电源）
3 - 8, 11 - 12	GPIO0 - GPIO7	通用可编程I/O
9	ADDR	地址输入，可连接到GND或VCC
10	RST	复位输入，低电平有效，需要一个上拉电阻连接到VCC
13	SCL	I²C串行总线；需要一个上拉电阻连接到VCC
14	SDA	I²C串行数据；需要一个上拉电阻连接到VCC
15	VCC	电源电压
16	GND	接地

四、电气特性

4.1 绝对最大额定值

在使用FXL6408时，需要注意其绝对最大额定值，例如电源电压最大为4.6V，存储温度范围为 -50°C至 +150°C等。超过这些额定值可能会损坏设备，影响其可靠性。

4.2 推荐工作条件

推荐的工作条件包括电源电压（VCC）为1.65V至3.60V，I/O侧参考电压（VDDIO）为1.65V至4.00V，输入电压（VIN）为0至4.00V等。在这些条件下工作，能够确保设备的正常性能。

4.3 直流电气特性

详细的直流电气特性包括输入泄漏电流、输出电压、输出电流等参数。例如，RST、ADDR、SDA、SCL、INT引脚的输入泄漏电流在0至3.6V的输入电压范围内为±1μA至±10μA。

4.4 交流电气特性

交流电气特性主要涉及I²C总线的时钟频率、建立时间、保持时间等参数。例如，SCL时钟频率的典型值为1.3MHz，SDA输入缓冲器的建立时间（tSU:DAT）等也有相应的要求。

五、功能描述

5.1 中断操作

INT引脚是一个低电平有效、开漏输出的引脚，需要一个外部上拉电阻。当输入发生变化时，FXL6408会在输入中断状态寄存器中写入相应的位，并将INT引脚拉低，向处理器发出中断信号。处理器读取该寄存器并清除相应位后，中断状态寄存器位才会恢复为低电平。只有当输入状态先回到默认状态，再变为非默认状态时，才会产生新的中断。

5.2 设备复位

FXL6408有三种复位方式：

• 上电复位（POR）：当VCC达到VPOR或在运行过程中VCC电源电压低于VPOR时，设备立即复位。
• 软件复位：处理器可以使用I²C写命令将寄存器01h的第0位设置为1，从而实现设备复位。复位完成后，SW_RST位会恢复为0。
• 复位引脚：当RST引脚被拉低时，设备复位。

5.3 电压转换

FXL6408能够在系统I²C电压参考和I/O电压参考之间进行转换。VCC引脚既作为设备的电源，也作为I²C输入、ADDR、INT和RESET引脚的电压参考；VDDIO引脚仅用于I/O端口的电压供应参考。例如，可以使用1.8V参考的I²C总线来控制3.6V参考的I/O，只需将VCC设置为1.8V，VDDIO设置为3.6V。

5.4 I²C读写操作

FXL6408不支持I²C标准中描述的突发读或写可选模式。其I²C读写序列如文档中的图7和图8所示。设备的I²C地址根据ADDR引脚的连接情况而定，具体地址如表8所示。

六、寄存器映射

FXL6408的寄存器映射包含了多个寄存器，用于配置和控制设备的各种功能。例如，IO Direction寄存器（03h）用于配置GPIO引脚的输入/输出方向；Output State寄存器（05h）用于设置GPIO引脚的输出状态等。详细的寄存器映射和位描述可参考文档中的表9 - 表19。

七、订购信息

FXL6408的型号为FXL6408UMX，工作温度范围为 -40°C至 +85°C，采用16引脚超薄模制无引线封装（UQFN16），尺寸为1.8 x 2.6 mm，引脚间距为0.4mm，包装方式为5000个/卷带封装。

八、总结

onsemi的FXL6408是一款功能丰富、性能可靠的8位I²C控制GPIO扩展器。它的多种特性和灵活的配置方式使其适用于各种电子系统设计。在实际应用中，工程师需要根据具体的需求和系统环境，合理配置设备的引脚、寄存器和工作参数，以充分发挥其优势。同时，也要注意遵守设备的绝对最大额定值和推荐工作条件，确保设备的正常运行和可靠性。

你在使用FXL6408的过程中遇到过哪些问题？你认为它在哪些应用场景中能够发挥最大的作用？欢迎在评论区分享你的经验和想法。