TCA9517：I2C和SMBus系統(tǒng)的雙向緩沖器

在電子設(shè)計(jì)中，I2C和SMBus系統(tǒng)的擴(kuò)展與電壓轉(zhuǎn)換是常見(jiàn)需求。TI的TCA9517作為一款具備電平轉(zhuǎn)換能力的雙向緩沖器，為這類(lèi)應(yīng)用提供了有效的解決方案。今天就來(lái)詳細(xì)聊聊TCA9517這個(gè)器件。

文件下載：tca9517.pdf

一、器件概述

TCA9517主要用于I2C和SMBus系統(tǒng)，它能在混合模式應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)低電壓（低至0.9V）和較高電壓（2.7V - 5.5V）之間的雙向電壓電平轉(zhuǎn)換（上轉(zhuǎn)換/下轉(zhuǎn)換）。這意味著在進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換時(shí)，I2C和SMBus系統(tǒng)的性能不會(huì)下降，依然可以穩(wěn)定擴(kuò)展。該器件能緩沖I2C總線(xiàn)上的串行數(shù)據(jù)（SDA）和串行時(shí)鐘（SCL）信號(hào)，允許在I2C應(yīng)用中連接兩個(gè)總線(xiàn)電容高達(dá)400pF的總線(xiàn)。

二、關(guān)鍵特性

（一）雙通道雙向緩沖

TCA9517是一個(gè)雙通道雙向緩沖器，具備電平轉(zhuǎn)換能力，這使得它在不同電壓域之間的數(shù)據(jù)傳輸更加靈活。

（二）高電平有效使能輸入

它有一個(gè)高電平有效（EN）的使能輸入，內(nèi)部上拉至VCCB。用戶(hù)可以通過(guò)這個(gè)輸入選擇中繼器何時(shí)處于激活狀態(tài)，比如在電源復(fù)位時(shí)隔離表現(xiàn)不佳的從設(shè)備。不過(guò)要注意，EN輸入狀態(tài)的改變應(yīng)在全局總線(xiàn)和中繼器端口處于空閑狀態(tài)時(shí)進(jìn)行，以防止系統(tǒng)故障。

（三）B側(cè)VOL偏移電壓

B側(cè)驅(qū)動(dòng)器的工作電壓范圍是2.7V - 5.5V，內(nèi)部緩沖器的輸出低電平約為0.5V，但當(dāng)內(nèi)部輸出為低電平時(shí)，輸入電壓必須比輸出低電平低70mV或更多。這種設(shè)計(jì)產(chǎn)生的較高電壓低信號(hào)被稱(chēng)為緩沖低電平，它能防止在輸入低電平條件釋放時(shí)出現(xiàn)鎖定情況，同時(shí)也決定了兩個(gè)B側(cè)端口不能相互連接。

（四）標(biāo)準(zhǔn)模式和快速模式支持

TCA9517支持標(biāo)準(zhǔn)模式和快速模式的I2C，不過(guò)系統(tǒng)的最大工作頻率會(huì)受到系統(tǒng)設(shè)計(jì)和中繼器引入的延遲影響。

（五）時(shí)鐘拉伸支持

該器件可以支持時(shí)鐘拉伸，但需要注意盡量減少?gòu)脑O(shè)備和主設(shè)備交接過(guò)程中出現(xiàn)的過(guò)沖電壓，可通過(guò)增加上拉電阻值來(lái)實(shí)現(xiàn)。

三、應(yīng)用場(chǎng)景

（一）服務(wù)器和路由器

在服務(wù)器和電信交換設(shè)備（路由器）中，往往存在許多I2C從設(shè)備和較長(zhǎng)的PCB走線(xiàn)，TCA9517可以有效擴(kuò)展I2C和SMBus系統(tǒng)，保證信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

（二）工業(yè)設(shè)備

工業(yè)設(shè)備對(duì)穩(wěn)定性和可靠性要求較高，TCA9517的電平轉(zhuǎn)換和緩沖功能能夠滿(mǎn)足工業(yè)設(shè)備中不同電壓域之間的通信需求。

四、電氣參數(shù)

（一）絕對(duì)最大額定值

在使用TCA9517時(shí)，要注意其絕對(duì)最大額定值，如VCCB和VCCA的電源電壓范圍為 -0.5V - 7V，超過(guò)這些額定值可能會(huì)對(duì)器件造成永久性損壞。

（二）ESD額定值

該器件具有一定的ESD保護(hù)能力，人體模型（HBM）可達(dá) +5500V，帶電設(shè)備模型（CDM）可達(dá) +1000V，機(jī)器模型（A115 - A）可達(dá) +200V。但在存儲(chǔ)和處理時(shí)，仍需采取防靜電措施，如將引腳短路或放置在導(dǎo)電泡沫中。

（三）推薦工作條件

推薦的工作條件包括A側(cè)總線(xiàn)電源電壓范圍為0.9V - 5.5V，B側(cè)總線(xiàn)電源電壓范圍為2.7V - 5.5V，以及不同引腳的高低電平輸入電壓范圍等。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)確保器件在這些條件下工作，以保證其性能和可靠性。

五、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）電源供應(yīng)

VCCB和VCCA在加電時(shí)可以按任意順序施加。TCA9517包含一個(gè)上電電路，在VCCB高于2.5V且VCCA高于0.8V之前，輸出驅(qū)動(dòng)器會(huì)保持關(guān)閉狀態(tài)。TI建議使用一個(gè)約100nF的去耦電容，并將其靠近VCCA和VCCB引腳放置。

（二）布局設(shè)計(jì)

雖然TCA9517沒(méi)有特殊的布局要求，但去耦電容應(yīng)盡可能靠近VCC引腳放置。同時(shí)，可參考文檔中提供的布局示例進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（三）時(shí)鐘拉伸和VILC及上拉電阻選型

在支持時(shí)鐘拉伸時(shí)，要通過(guò)增加上拉電阻值來(lái)減少過(guò)沖電壓。為了使TCA9517正常工作，B側(cè)所有設(shè)備必須能夠?qū)側(cè)電壓拉到低于電壓輸入低電平競(jìng)爭(zhēng)水平（VILC），即B側(cè)任何設(shè)備的VOL必須低于0.4V，這可以通過(guò)改變上拉電阻值來(lái)調(diào)整。

六、總結(jié)

TCA9517是一款功能強(qiáng)大的I2C和SMBus系統(tǒng)雙向緩沖器，其電平轉(zhuǎn)換能力、多種特性和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景使其成為電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)系統(tǒng)時(shí)的一個(gè)不錯(cuò)選擇。在使用過(guò)程中，我們需要充分了解其電氣參數(shù)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。大家在實(shí)際設(shè)計(jì)中有沒(méi)有遇到過(guò)類(lèi)似器件應(yīng)用的問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)交流分享。