電源技術(shù)中I2C及PM Bus總線介紹

2.5 I2C總線信號的傳輸方式

　　I2C總線中的兩根信號線(SDA、SCL)在傳輸各種控制信號的過程中是有嚴(yán)格分工的。其中，SDA數(shù)據(jù)線用來傳輸各控制信號的數(shù)據(jù)及這些數(shù)據(jù)占有的地址等內(nèi)容;SCL時鐘線用來控制器件與被控器件之間的工作節(jié)拍。為保證總線輸出電路得到供電，SDA線和SCL線均通過上拉電阻和電源連接，當(dāng)總線空閑時，SDA和SCL兩線均保持高電平。I2C總線控制信號傳輸波形如圖3所示。

　　圖3 I2C總線控制信號傳輸波形

　　(1)時鐘線控制信號

　　SCL線為高電平期間，SDA線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，在此期間，控制器件與被控制器件之間可以交換數(shù)據(jù);SCL線為低電平期間，SDA線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以變化，即允許數(shù)據(jù)線上電平高低跳變。

　　(2)數(shù)據(jù)線控制信號

　　數(shù)據(jù)線上傳輸?shù)目刂菩盘?，均按圖3所示的內(nèi)容和順序先后傳輸：起始狀態(tài)信號、被控電路地址、讀寫方式(數(shù)據(jù)傳輸方向位)、應(yīng)答信號、數(shù)據(jù)信號、應(yīng)答信號、數(shù)據(jù)信號、應(yīng)答信號、終止?fàn)顟B(tài)信號。

　　在時鐘線為高電平期間，數(shù)據(jù)線上一個電平由高到低的跳變規(guī)定為起始狀態(tài)，電平由低到高的跳變規(guī)定為終止?fàn)顟B(tài)，起始狀態(tài)信號和終止?fàn)顟B(tài)信號均由CPU發(fā)出。當(dāng)CPU發(fā)出起始狀態(tài)信號后，總線即處于占用狀態(tài);當(dāng)CPU發(fā)出終止?fàn)顟B(tài)信號后，總線又處于空閑狀態(tài)。在SDA線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，其字節(jié)為8位。前7位是被控電路的地址，第8位是數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蛭唬?ldquo;0”表示由CPU發(fā)送數(shù)據(jù)，“1”表示CPU接收數(shù)據(jù)。每傳輸一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，跟著一位應(yīng)答(確認(rèn))信號，這個應(yīng)答信號是由CPU發(fā)出的，在應(yīng)答位時鐘期間，CPU釋放數(shù)據(jù)線，以便被控器在這一位上送出應(yīng)答信號。

　　當(dāng)被控器的數(shù)據(jù)接收無誤時，被控器發(fā)出低電平應(yīng)答信號，經(jīng)確認(rèn)后的數(shù)據(jù)才有效。當(dāng)數(shù)據(jù)被確認(rèn)后，CPU便可以繼續(xù)傳送數(shù)據(jù)并繼續(xù)對數(shù)據(jù)加以確認(rèn)，直到CPU發(fā)出終止?fàn)顟B(tài)信號為止。若在應(yīng)答位時鐘期間，CPU未接收到被控器送來的低電平應(yīng)答信號，CPU就會判斷該被控器有故障，并終止數(shù)據(jù)傳送。由于各被控集成電路和器件均有自己的地址，所以，在總線上不同時間傳送著眾多的控制信號，但是各被控器只要把與自己的地址相同的控制信號從總線上取下來，并進(jìn)行識別和處理，得到相應(yīng)的控制信號，就可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制。

　　2.6 I2C總線系統(tǒng)與外部電路的連接方式

　　I2C總線系統(tǒng)的外部電路結(jié)構(gòu)簡單，它與被控電路之間的連接方式有直接式和隔離式兩種。

　　(1)直接式I2C總線

　　直接式I2C總線是指被控集成電路直接或通過電阻掛在I2C總線上，其電路工作原理圖如圖4所示。因?yàn)镃PU的I2C總線輸出端口內(nèi)部電路形式為集電極開路(或漏極開路)形式，所以在CPU的I2C總線輸出端必須通過上拉電阻R接+5V電源，為CPU的I2C總線輸出端口的內(nèi)部電路供電。圖4中的電阻R為隔離電阻，C為抗干擾電容，主要是為了提高I2C總線上數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕乐拐`動作進(jìn)人維修狀態(tài)和防止由于外部干擾信號改變I2C總線數(shù)據(jù)。穩(wěn)壓管VS是為了防止外部高電壓損壞CPU的I2C總線輸出端的內(nèi)部電路。

　　圖4 直接式I2C總線工作原理圖

　　(2)隔離式I2C總線

　　隔離式I2C總線是指CPU引出的總線通過隔離器與被控集成電路相連接。隔離器一般由晶體管組成，其電路工作原理圖如圖5所示。這種電路的優(yōu)點(diǎn)是CPU與被控集成電路被晶體管隔離器隔離開，當(dāng)被控對象發(fā)生故障使I2C總線上電壓升高時，晶體管會截止，從而保護(hù)CPU不被高電壓沖擊而損壞。

　　圖5 隔離式I2C總線工作原理圖2.7 I2C總線系統(tǒng)與外部電路的有關(guān)引腳

　　(1)CPU與I2C有關(guān)的引腳

　　采用I2C的CPU除了設(shè)置SCL串行時鐘線引腳和SDA串行數(shù)據(jù)線引腳外，一般還設(shè)置了便于工廠生產(chǎn)線調(diào)試使用的I2C通/關(guān)閉控制引腳。當(dāng)CPU的I2C通/關(guān)閉控制引腳接規(guī)定電平時，CPU便將I2C總線的控制權(quán)交給了生產(chǎn)線調(diào)試計(jì)算機(jī)，此時CPU不能通過I2C所掛接的電路進(jìn)行控制。

　　在電路圖上，I2C通/關(guān)閉控制引腳常用Bus OFF(總線關(guān)閉)、Service(維修)、EXT BUS(外部總線)、TEST(測試)、FACTORY(工廠)來表示。圖6所示為I2C通/斷控制工作原理圖。例如CPU的第36引腳EXT BUS為I2C通/關(guān)閉控制端，正常工作時，CPU的第36引腳為高電平。接插件BC為生產(chǎn)調(diào)試時CPU的I2C外部計(jì)算機(jī)的連接插口，生產(chǎn)調(diào)試時，生產(chǎn)線計(jì)算機(jī)通過BC與此CPU相連，BC④引腳接地，使CPU的第36引腳EXT BUS變?yōu)榈碗娖?，CPU的I2C總線42、43引腳停止輸出。電器的I2C系統(tǒng)由外部計(jì)算機(jī)接管。

　　圖6 I2C通/斷開控制工作原理圖