低功耗16位I/O扩展器NLA9535和NLA9535C：I2C总线的理想选择

在电子设计领域，I/O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安森美（onsemi）推出的低功耗16位I/O扩展器NLA9535和NLA9535C，看看它们有哪些独特的特性和优势。

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产品概述

NLA9535和NLA9535C通过I2C总线/SMBus提供16位通用并行输入/输出（GPIO）扩展功能。这两款器件包含两个8位的配置（输入或输出选择）、输入、输出和极性反转（高电平有效或低电平有效操作）寄存器。上电时，所有I/O默认设置为输入，每个I/O可以通过写入其对应的I/O配置位来配置为输入或输出。

产品差异

NLA9535与NLA9535C在功能上基本一致，但也存在一些细微差别。NLA9535没有内部I/O上拉电阻，这在I/O保持低电平时能显著降低功耗；而NLA9535C的I/O引脚具有高阻抗开漏输出。

产品特性

电气特性

• 宽电压范围：VDD工作范围为1.65V至5.5V，能适应多种电源环境。
• 高驱动能力：SDA灌电流能力达30mA，可满足不同负载需求。
• 5.5V容限I/O：允许输入输出引脚承受5.5V电压，增强了器件的兼容性。
• 极性反转寄存器：可对输入寄存器的数据极性进行反转，增加了设计的灵活性。
• 低待机电流：有效降低系统功耗，延长电池续航时间。
• 噪声滤波：SCL/SDA输入具有噪声滤波器，能有效抑制噪声干扰。
• 上电无毛刺：内部上电复位功能确保上电时无毛刺，提高系统稳定性。
• 可编程地址：通过三个地址引脚（AD0、AD1、AD2）可实现64个可编程目标地址，允许多达64个设备共享同一I2C总线/SMBus。
• ESD性能：人体模型（HBM）ESD耐受电压达2000V，增强了器件的抗静电能力。

封装与引脚

NLA9535和NLA9535C提供TSSOP - 24和WQFN24两种封装形式，引脚分配清晰明确。详细的引脚描述如下表所示：	Symbol	Pin (SOIC24, TSSOP24)	Pin (WQFN24)	Description
INT	1	22	中断输出（低电平有效，通过上拉电阻连接到VDD）
AD1	2	23	地址输入1
AD2	3	24	地址输入2
IO0_0	4	1	端口0 I/O 0
…	…	…	…
VDD	24	21	电源电压

寄存器配置

NLA9535和NLA9535C包含多个寄存器，通过命令字节来选择要读写的寄存器，具体如下：	COMMAND	REGISTER
0	输入端口0
1	输入端口1
2	输出端口0
3	输出端口1
4	极性反转端口0
5	极性反转端口1
6	配置端口0
7	配置端口1

这些寄存器的功能各有不同：

• 输入端口寄存器：只读寄存器，反映引脚的输入逻辑电平，与引脚的配置状态无关。
• 输出端口寄存器：只写寄存器，控制定义为输出的引脚的逻辑电平。
• 极性反转寄存器：用于反转输入端口寄存器的数据极性。
• 配置寄存器：用于配置I/O引脚的方向，1表示输入，0表示输出。

总线事务操作

写入端口寄存器

要向NLA9535/NLA9535C传输数据，总线控制器首先要发送设备地址（最低有效位设置为逻辑0），接着发送命令字节，该字节决定后续数据将写入哪个寄存器。数据字节会交替发送到寄存器对中的每个寄存器，每个8位寄存器可以独立更新。

读取端口寄存器

读取数据时，总线控制器先发送设备地址（最低有效位设置为逻辑0）和命令字节，确定要访问的寄存器。重启后，再次发送设备地址，但最低有效位设置为逻辑1，NLA9535/NLA9535C将发送相应寄存器的数据。读取过程中，数据会交替从寄存器对中的每个寄存器读取。

中断输出

当配置为输入的I/O引脚状态发生变化时，开漏中断输出将被激活。当输入引脚恢复到先前状态或读取输入端口寄存器时，中断将被停用。需要注意的是，将I/O从输出改为输入时，如果引脚状态与输入端口寄存器的内容不匹配，可能会导致虚假中断。

应用信息

I2C总线特性

I2C总线用于不同IC或模块之间的双向、两线通信，包括串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL）。两条线都需要通过上拉电阻连接到正电源，数据传输只能在总线空闲时启动。

位传输

每个时钟脉冲传输一个数据位，SDA线上的数据在时钟脉冲的高电平期间必须保持稳定，高电平期间数据线上的变化将被解释为控制信号。

起始和停止条件

总线空闲时，数据和时钟线都保持高电平。当数据线在时钟为高电平时从高到低转换时，产生起始条件（S）；当数据线在时钟为高电平时从低到高转换时，产生停止条件（P）。

系统配置

发送消息的设备是“发送器”，接收消息的设备是“接收器”，控制消息的设备是“控制器”，被控制器控制的设备是“目标”。

应答机制

在起始和停止条件之间传输的数据字节数没有限制，每个8位字节后面跟着一个应答位。目标接收器在接收到每个字节后必须产生应答，控制器在接收到目标发送器输出的每个字节后也必须产生应答。

产品订购信息

NLA9535和NLA9535C提供多种封装和后缀选项，以满足不同的应用需求。例如，带有 -Q 后缀的产品适用于汽车和其他需要独特场地和控制变更要求的应用，并且符合AEC - Q100标准和PPAP能力。具体的订购信息如下表所示：	Device	Marking	Package	Shipping
NLA9535DTR2G	NLA 9535	TSSOP - 24 (Pb - Free)	2500 / Tape & Reel
…	…	…	…

总结

NLA9535和NLA9535C作为低功耗16位I/O扩展器，具有丰富的功能和良好的电气特性，能为工程师在I2C总线系统设计中提供强大的支持。无论是在功耗控制、寄存器配置还是总线事务操作方面，都展现出了优秀的性能。在实际应用中，工程师可以根据具体需求选择合适的封装和后缀选项，以实现最佳的设计效果。你在使用I/O扩展器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。