SGM4551：雙路雙向 I2C 總線和 SMBus 電壓電平轉(zhuǎn)換器的深度解析

在電子設(shè)計領(lǐng)域，電壓電平轉(zhuǎn)換是一個常見且關(guān)鍵的問題。特別是在 I2C 總線和 SMBus 系統(tǒng)中，不同設(shè)備可能工作在不同的電壓域，這就需要一個可靠的電壓電平轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。今天，我們就來深入了解一下圣邦微電子（SG Micro Corp）推出的 SGM4551 雙路雙向 I2C 總線和 SMBus 電壓電平轉(zhuǎn)換器。

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一、產(chǎn)品概述

SGM4551 是一款 2 位、具備使能（EN）功能的雙路雙向 I2C 電壓轉(zhuǎn)換器，適用于 SMbus 系統(tǒng)。它的參考電壓范圍較為靈活，VREF1 的典型工作范圍為 1.2V 至 3.3V，VREF2 為 1.8V 至 5.5V，能夠?qū)崿F(xiàn) 1.2V 至 5V 信號的雙向傳輸。

二、關(guān)鍵特性

1. 雙向 I2C 轉(zhuǎn)換

SGM4551 支持雙向 I2C 信號轉(zhuǎn)換，能夠在不同電壓域之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，這對于連接不同工作電壓的 I2C 設(shè)備非常有用。

2. 低傳播延遲

由于其低導(dǎo)通電阻的特性，SGM4551 的傳播延遲極小，小于 5.5ns，這有助于保證信號的快速傳輸，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

3. 寬電壓參考范圍

它可以接受多種不同的電壓參考組合，如 1.2V 的 VREF1 搭配 1.8V、2.5V、3.3V 或 5V 的 VREF2 等，提供了很大的設(shè)計靈活性。

4. 低導(dǎo)通電阻

典型導(dǎo)通電阻為 3.5Ω，能夠減少信號傳輸過程中的損耗，提高信號質(zhì)量。

5. GPIO 端口與 I2C 開漏邏輯

SCL1、SDA1、SCL2 和 SDA2 這些 GPIO 端口采用 I2C 開漏邏輯，方便與其他 I2C 設(shè)備進(jìn)行連接。

6. 混合模式信號支持

I/O 端口支持混合模式信號，并且具有 5V 容限，能夠適應(yīng)不同的信號環(huán)境。

7. 高阻抗模式

當(dāng) EN 引腳為低電平時，SGM4551 進(jìn)入高阻抗模式，此時可以實現(xiàn)隔離功能，避免信號干擾。

8. 無鎖定操作

在 EN 為低電平時，能夠?qū)崿F(xiàn)無鎖定的隔離操作，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

9. 利于 PCB 布局

其內(nèi)部引腳排列有利于 PCB 布局，方便工程師進(jìn)行電路板設(shè)計。

10. 多種封裝形式

提供 Green SOT - 23 - 8 和 XTDFN - 1.4×1 - 8L 兩種環(huán)保封裝，適用于不同的應(yīng)用場景。

三、工作原理

使能控制

EN 引腳是使能控制引腳，當(dāng) EN 引腳電壓比 SCL1 和 SCL2 電壓高 1V 時，進(jìn)入透明模式，此時 SCL1 與 SCL2、SDA1 與 SDA2 分別連接，信號可以雙向傳輸；當(dāng) EN 引腳為低電平時，設(shè)備處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，傳輸暫停。

電壓參考

VREF1 和 VREF2 分別為低側(cè)和高側(cè)的參考電源電壓，決定了不同側(cè)的信號電平。當(dāng) SDA1 或 SDA2 為高電平時，其高電平取決于相應(yīng)的電壓參考。

四、應(yīng)用注意事項

電容限制

由于總線引腳電容為 400pF，設(shè)備連接和總線長度會受到一定限制。不過，SGM4551 允許 I2C 總線兩側(cè)隔離，可添加更多 I2C 設(shè)備。

總線頻率

支持 400kHz 和 100kHz 兩種總線頻率，當(dāng)需要同時使用兩種頻率時，400kHz 的優(yōu)先級更高。如果主機頻率為 400kHz，由于額外延遲的影響，設(shè)備的工作頻率必須低于 400kHz。

上拉電阻

在標(biāo)準(zhǔn) I2C 應(yīng)用中，需要為邏輯高電平添加拉電阻，每個中繼器的兩側(cè)都需要上拉電阻，電阻值取決于 SGM4551 的工作情況。當(dāng)多個主機連接到 SGM4551 時，標(biāo)準(zhǔn)工作電流為 3mA，在特定條件下可考慮使用高電流。

五、電氣特性與參數(shù)

絕對最大額定值

包括 DC 參考電壓范圍（VREF1 和 VREF2 均為 - 0.3V 至 6V）、輸入電壓范圍、輸入/輸出電壓范圍、連續(xù)通道電流、輸入鉗位電流、結(jié)溫、存儲溫度范圍、引腳焊接溫度等參數(shù)，使用時不能超過這些額定值，否則可能會對設(shè)備造成永久性損壞。

推薦工作條件

工作溫度范圍為 - 40℃ 至 + 85℃，在這個范圍內(nèi)設(shè)備能夠正常工作。

ESD 敏感性

該集成電路對 ESD 較為敏感，如果不采取適當(dāng)?shù)?ESD 保護(hù)措施，可能會導(dǎo)致設(shè)備損壞，從性能輕微下降到完全失效不等。因此，在處理和安裝時需要特別注意。

六、封裝與訂購信息

封裝形式

提供 SOT - 23 - 8 和 XTDFN - 1.4×1 - 8L 兩種封裝，不同封裝有不同的引腳配置和尺寸。

訂購信息

不同封裝對應(yīng)不同的訂購型號和包裝方式，如 SOT - 23 - 8 封裝的型號為 SGM4551YN8G/TR，采用 Tape and Reel 包裝，每盤 3000 個；XTDFN - 1.4×1 - 8L 封裝的型號為 SGM4551YXDO8G/TR，每盤 5000 個。

標(biāo)記信息

標(biāo)記包含日期代碼和序列號等信息，方便產(chǎn)品追溯。

七、總結(jié)

SGM4551 是一款功能強大、特性豐富的雙路雙向 I2C 總線和 SMBus 電壓電平轉(zhuǎn)換器。它在電壓轉(zhuǎn)換、信號傳輸、抗干擾等方面表現(xiàn)出色，為電子工程師在設(shè)計不同電壓域的 I2C 系統(tǒng)時提供了可靠的解決方案。在實際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體的設(shè)計需求，合理選擇封裝形式、設(shè)置電壓參考和總線頻率，并注意 ESD 保護(hù)等問題。你在使用類似的電壓電平轉(zhuǎn)換器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。