TCA9517：I2C和SMBus系統(tǒng)的雙向緩沖器

在電子設計中，I2C和SMBus系統(tǒng)的擴展與電壓轉換是常見需求。TI的TCA9517作為一款具備電平轉換能力的雙向緩沖器，為這類應用提供了有效的解決方案。今天就來詳細聊聊TCA9517這個器件。

文件下載：tca9517.pdf

一、器件概述

TCA9517主要用于I2C和SMBus系統(tǒng)，它能在混合模式應用中，實現(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換（上轉換/下轉換）。這意味著在進行電平轉換時，I2C和SMBus系統(tǒng)的性能不會下降，依然可以穩(wěn)定擴展。該器件能緩沖I2C總線上的串行數(shù)據(jù)（SDA）和串行時鐘（SCL）信號，允許在I2C應用中連接兩個總線電容高達400pF的總線。

二、關鍵特性

（一）雙通道雙向緩沖

TCA9517是一個雙通道雙向緩沖器，具備電平轉換能力，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

它有一個高電平有效（EN）的使能輸入，內部上拉至VCCB。用戶可以通過這個輸入選擇中繼器何時處于激活狀態(tài)，比如在電源復位時隔離表現(xiàn)不佳的從設備。不過要注意，EN輸入狀態(tài)的改變應在全局總線和中繼器端口處于空閑狀態(tài)時進行，以防止系統(tǒng)故障。

（三）B側VOL偏移電壓

B側驅動器的工作電壓范圍是2.7V - 5.5V，內部緩沖器的輸出低電平約為0.5V，但當內部輸出為低電平時，輸入電壓必須比輸出低電平低70mV或更多。這種設計產生的較高電壓低信號被稱為緩沖低電平，它能防止在輸入低電平條件釋放時出現(xiàn)鎖定情況，同時也決定了兩個B側端口不能相互連接。

（四）標準模式和快速模式支持

TCA9517支持標準模式和快速模式的I2C，不過系統(tǒng)的最大工作頻率會受到系統(tǒng)設計和中繼器引入的延遲影響。

（五）時鐘拉伸支持

該器件可以支持時鐘拉伸，但需要注意盡量減少從設備和主設備交接過程中出現(xiàn)的過沖電壓，可通過增加上拉電阻值來實現(xiàn)。

三、應用場景

（一）服務器和路由器

在服務器和電信交換設備（路由器）中，往往存在許多I2C從設備和較長的PCB走線，TCA9517可以有效擴展I2C和SMBus系統(tǒng)，保證信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

（二）工業(yè)設備

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

四、電氣參數(shù)

（一）絕對最大額定值

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

（二）ESD額定值

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

（三）推薦工作條件

推薦的工作條件包括A側總線電源電壓范圍為0.9V - 5.5V，B側總線電源電壓范圍為2.7V - 5.5V，以及不同引腳的高低電平輸入電壓范圍等。在設計時，應確保器件在這些條件下工作，以保證其性能和可靠性。

五、設計要點

（一）電源供應

VCCB和VCCA在加電時可以按任意順序施加。TCA9517包含一個上電電路，在VCCB高于2.5V且VCCA高于0.8V之前，輸出驅動器會保持關閉狀態(tài)。TI建議使用一個約100nF的去耦電容，并將其靠近VCCA和VCCB引腳放置。

（二）布局設計

雖然TCA9517沒有特殊的布局要求，但去耦電容應盡可能靠近VCC引腳放置。同時，可參考文檔中提供的布局示例進行設計。

（三）時鐘拉伸和VILC及上拉電阻選型

在支持時鐘拉伸時，要通過增加上拉電阻值來減少過沖電壓。為了使TCA9517正常工作，B側所有設備必須能夠將B側電壓拉到低于電壓輸入低電平競爭水平（VILC），即B側任何設備的VOL必須低于0.4V，這可以通過改變上拉電阻值來調整。

六、總結

TCA9517是一款功能強大的I2C和SMBus系統(tǒng)雙向緩沖器，其電平轉換能力、多種特性和廣泛的應用場景使其成為電子工程師在設計相關系統(tǒng)時的一個不錯選擇。在使用過程中，我們需要充分了解其電氣參數(shù)和設計要點，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。大家在實際設計中有沒有遇到過類似器件應用的問題呢？歡迎在評論區(qū)交流分享。