Texas Instruments TCAL6416 I^2^C總線/SMBus I/O擴(kuò)展器支持兩線雙向I^2^C總線（或SMBus）協(xié)議通用并行輸入/輸出 (I/O) 擴(kuò)展解決方案。TCAL6416在I^2^C總線側(cè)的電源電壓 (VCCI) 為1.08V至3.6V，在P端口側(cè)的電源電壓 (VCCP) 范圍為1.08V至3.6V。

數(shù)據(jù)手冊(cè)：*附件：Texas Instruments TCAL6416 I2C總線 SMBus IO擴(kuò)展器數(shù)據(jù)手冊(cè).pdf

TI TCAL6416 I^2^C總線/SMBus I/O擴(kuò)展器具有100kHz (標(biāo)準(zhǔn)模式)、400kHz (快速模式) 和1MHz (快速模式+) I^2^C時(shí)鐘頻率。當(dāng)開關(guān)、傳感器、按鈕、LED、風(fēng)扇等需要額外I/O時(shí)，該器件提供了一種簡(jiǎn)單的解決方案。

TCAL6416具有敏捷I/O端口，還包括旨在提高I/O在速度、功耗和EMI方面性能的額外性能。這些其他特性包括可編程輸出驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度、可編程上拉/下拉電阻、可閉鎖輸入、可屏蔽中斷、中斷狀態(tài)寄存器以及可編程開漏或推挽輸出。

特性

• 工作電源電壓范圍：1.08 V至3.6 V
• 支持1.2V、1.8V、2.5V和3.3V I^2^C總線和P端口之間的雙向電壓電平轉(zhuǎn)換和GPIO擴(kuò)展
• 1.8V時(shí)具有1μA（典型值）的低待機(jī)電流消耗
• 1MHz快速模式+ I^2^C總線
• 硬件地址引腳允許兩個(gè)設(shè)備在同一根I^2^C、SMBus總線上。
• 低電平有效復(fù)位輸入 (RESET)
• 低電平有效的開漏中斷輸出 (INT)
• 輸入或輸出配置寄存器
• 極性反轉(zhuǎn)寄存器
• 可配置I/O驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度寄存器
• 上拉和下拉電阻器配置寄存器
• 內(nèi)部上電復(fù)位
• SCL/SDA輸入端靜噪濾波
• 鎖存輸出帶大電流驅(qū)動(dòng)最大能力，用以直接驅(qū)動(dòng)LED
• 閉鎖性能超過100mA，符合JESD 78 II類標(biāo)準(zhǔn)
• 靜電放電保護(hù)超出JESD 22標(biāo)準(zhǔn)
  • 4000V人體模型 (A114-A)
  • 1000V充電器件模型 (C101)

簡(jiǎn)化示意圖

典型應(yīng)用原理圖

TCAL6416 I2C總線IO擴(kuò)展器技術(shù)解析與應(yīng)用指南

一、產(chǎn)品概述

TCAL6416是德州儀器(TI)推出的一款16位雙向電壓轉(zhuǎn)換I2C/SMBus IO擴(kuò)展器，具有中斷輸出、復(fù)位和靈活I(lǐng)O配置寄存器等特性。該器件在1.08V至3.6V的寬電壓范圍內(nèi)工作，可實(shí)現(xiàn)1.2V、1.8V、2.5V和3.3V電平之間的雙向轉(zhuǎn)換。

?核心特性?：

• 工作電壓范圍：1.08V至3.6V（I2C總線側(cè)和P端口側(cè)獨(dú)立供電）
• 支持1MHz Fast-mode Plus I2C時(shí)鐘頻率
• 16個(gè)可編程GPIO，支持輸入/輸出配置
• 低待機(jī)電流：1.8V時(shí)典型值1μA
• 靈活的IO配置：
  • 可編程輸出驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度（4級(jí)可調(diào)）
  • 可編程上拉/下拉電阻（10kΩ）
  • 極性反轉(zhuǎn)功能
  • 輸入鎖存功能
• 開漏中斷輸出(INT)和低電平有效復(fù)位輸入(RESET)
• 硬件地址引腳支持同一I2C總線上連接兩個(gè)器件
• 強(qiáng)大的ESD保護(hù)：4000V HBM，1000V CDM

二、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新

1. 電壓電平轉(zhuǎn)換技術(shù)

TCAL6416采用創(chuàng)新的電壓轉(zhuǎn)換架構(gòu)，允許I2C總線側(cè)(VCCI)和P端口側(cè)(VCCP)采用不同電壓供電（1.2V至3.6V任意組合）。這種設(shè)計(jì)使得該器件能夠連接低電壓處理器和高電壓外圍設(shè)備，解決了現(xiàn)代系統(tǒng)中混合電壓設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)。

2. Agile I/O技術(shù)

相比傳統(tǒng)IO擴(kuò)展器，TCAL6416提供了豐富的IO配置選項(xiàng)：

• ?驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度調(diào)節(jié)?：每個(gè)IO可獨(dú)立配置為25%、50%、75%或100%驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度，優(yōu)化功耗和EMI性能
• ?上拉/下拉配置?：內(nèi)置可編程10kΩ上拉/下拉電阻，減少外部元件
• ?輸入鎖存?：可捕獲瞬態(tài)輸入信號(hào)變化，防止短脈沖丟失
• ?中斷屏蔽?：可單獨(dú)屏蔽每個(gè)IO的中斷觸發(fā)

三、硬件設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 引腳配置

器件提供三種封裝選擇：

• ?TSSOP-24? (7.8mm × 6.4mm)
• ?VSSOP-24? (6.1mm × 4.9mm)
• ?WQFN-24? (4mm × 4mm)

?關(guān)鍵引腳功能?：

• ?INT?：開漏中斷輸出，需外接上拉電阻
• ?RESET?：低電平有效復(fù)位輸入，需上拉至VCCI
• ?ADDR?：硬件地址選擇（接VCCP或GND）
• ?P00-P17?：16個(gè)可配置GPIO

2. 典型應(yīng)用電路

• ?I2C接口?：SCL/SDA需接4.7kΩ上拉電阻至VCCI
• ?電源設(shè)計(jì)?：VCCI和VCCP需分別接0.1μF去耦電容
• ?LED驅(qū)動(dòng)?：配置為輸出時(shí)可直接驅(qū)動(dòng)LED（最大25mA灌電流）
• ?輸入保護(hù)?：浮動(dòng)輸入應(yīng)配置上拉/下拉電阻

四、寄存器配置詳解

TCAL6416通過I2C接口訪問11組寄存器對(duì)：

?關(guān)鍵配置步驟?：

1. 通過配置寄存器(06h/07h)設(shè)置IO方向
2. 通過輸出端口寄存器(02h/03h)設(shè)置輸出值
3. 通過驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度寄存器(40h-43h)優(yōu)化驅(qū)動(dòng)能力
4. 通過中斷屏蔽寄存器(4Ah/4Bh)使能所需中斷

五、典型應(yīng)用場(chǎng)景

1. ?服務(wù)器管理?：擴(kuò)展BMC處理器GPIO，監(jiān)控風(fēng)扇狀態(tài)、溫度報(bào)警等
2. ?工業(yè)控制?：連接按鈕、開關(guān)和指示燈，減少長(zhǎng)距離布線
3. ?消費(fèi)電子?：在空間受限設(shè)計(jì)中擴(kuò)展觸摸按鍵接口
4. ?汽車電子?：實(shí)現(xiàn)不同電壓域器件間的電平轉(zhuǎn)換
5. ?LED控制?：直接驅(qū)動(dòng)多路LED，支持PWM調(diào)光