探秘LTC1694 - 1：提升SMBus/I2C性能的利器

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，SMBus和I2C總線的性能對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群涂煽啃云鹬P(guān)鍵作用。今天，我們就來深入了解一款能顯著提升這兩種總線性能的芯片——LTC1694 - 1。

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LTC1694 - 1簡(jiǎn)介

LTC1694 - 1是一款雙SMBus有源上拉器件，專為在所有指定的SMBus負(fù)載條件下提高數(shù)據(jù)傳輸速度和可靠性而設(shè)計(jì)，同時(shí)也兼容Philips I2C總線。它具有以下顯著特點(diǎn)：

• 改善上升時(shí)間：能有效改善SMBus/I2C的上升時(shí)間過渡，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖傩浴?/li>
• 保證數(shù)據(jù)完整性：在SMBus/I2C總線上連接多個(gè)設(shè)備時(shí)，可確保數(shù)據(jù)的完整性。
• 提高低態(tài)噪聲容限：增強(qiáng)了總線的抗干擾能力。
• 寬電源電壓范圍：支持2.7V至6V的電源電壓，適用范圍廣泛。
• 可并聯(lián)使用：多個(gè)LTC1694 - 1器件可并聯(lián)，以增加驅(qū)動(dòng)能力。
• 小尺寸封裝：采用低輪廓（1mm）的SOT - 23（ThinSOT?）封裝，節(jié)省電路板空間。

關(guān)鍵參數(shù)與性能

絕對(duì)最大額定值

了解芯片的絕對(duì)最大額定值對(duì)于正確使用芯片至關(guān)重要。LTC1694 - 1的一些關(guān)鍵絕對(duì)最大額定值如下：

• 電源電壓（VCC）：7V
• SMBus1、SMBus2輸入：–0.3V至（VCC + 0.3V）
• 工作環(huán)境溫度范圍：LTC1694 - 1C為0°C至70°C，LTC1694 - 1I為–40°C至85°C
• 結(jié)溫：125°C
• 存儲(chǔ)溫度范圍：–65°C至150°C
• 引腳溫度（焊接，10秒）：300°C

電氣特性

典型性能特性

從典型性能特性曲線中，我們可以直觀地看到LTC1694 - 1的性能表現(xiàn)。例如，上拉電流與SMBus電壓的關(guān)系曲線，能幫助我們了解在不同電壓下芯片的上拉電流變化情況；壓擺率檢測(cè)器閾值曲線則反映了芯片對(duì)壓擺率的檢測(cè)特性；待機(jī)模式電源電流曲線展示了在不同溫度下芯片的電源電流消耗情況。

引腳功能

LTC1694 - 1采用5引腳的SOT - 23封裝，各引腳功能如下：

• VCC（引腳1）：電源輸入，電壓范圍為2.7V至6V，需連接一個(gè)0.1μF的旁路電容到地。當(dāng)SMBus或I2C線處于非活動(dòng)狀態(tài)（SCL和SDA為邏輯高電平）時(shí)，電源電流典型值為45μA。
• GND（引腳2）：接地。
• NC（引腳3）：無連接。
• SMBus2（引腳4）：SMBus的有源上拉。
• SMBus1（引腳5）：SMBus的有源上拉。

工作原理

SMBus通信協(xié)議采用開漏驅(qū)動(dòng)和電阻或電流源上拉，當(dāng)總線電容較高時(shí)，上升時(shí)間會(huì)變慢，影響數(shù)據(jù)可靠性。LTC1694 - 1通過在總線正過渡期間提供2.2mA的上拉電流，快速消除總線電容，從而顯著改善上升時(shí)間。

其內(nèi)部針對(duì)每個(gè)SMBus輸出引腳都有獨(dú)立且相同的電路，包括正沿壓擺率檢測(cè)器和電壓比較器。只有當(dāng)SMBus線電壓大于0.65V比較器閾值電壓，且正壓擺率大于0.2V/μs壓擺率檢測(cè)器閾值時(shí)，2.2mA上拉電流才會(huì)開啟，直到SMBus線電壓在VCC的0.5V范圍內(nèi)和/或壓擺率降至0.2V/μs以下。

應(yīng)用信息

外部電阻選擇

在使用LTC1694 - 1時(shí)，需要選擇合適的外部電阻RS和RP。外部上拉電阻RP用于在SMBus為邏輯0時(shí)提供穩(wěn)態(tài)上拉電流，以激活LTC1694 - 1的2.2mA上拉電流。同時(shí)，為了保護(hù)I/O級(jí)免受ESD和高電壓尖峰影響，有時(shí)會(huì)在總線代理的開漏驅(qū)動(dòng)器上添加串聯(lián)電阻RS。

選擇RP和RS的值時(shí)，需要考慮多個(gè)因素：

• 低態(tài)噪聲容限：低態(tài)邏輯電平VOL的值越低，噪聲容限越好。VOL的計(jì)算公式為：VOL = （RL · VCC） / （RL + RP），其中RL是RS和開漏驅(qū)動(dòng)器導(dǎo)通電阻RON的串聯(lián)和。增加RP的值會(huì)降低VOL，增加RL的值會(huì)增加VOL。
• 初始?jí)簲[率：總線的初始?jí)簲[率SR由SR = （VCC - VOL） / （RP · CBUS）確定，SR必須大于LTC1694 - 1壓擺率檢測(cè)器閾值（最大0.5/μs）才能激活2.2mA上拉電流。
• 上升時(shí)間：SMBus線的上升時(shí)間tr由tr = t1 + t2計(jì)算得出，其中t1和t2的計(jì)算公式較為復(fù)雜，可根據(jù)具體情況進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。增加RP的值會(huì)增加上升時(shí)間。
• 下降時(shí)間：SMBus線的下降時(shí)間tf可通過相應(yīng)的公式計(jì)算得出。

設(shè)計(jì)示例

以一個(gè)具體的設(shè)計(jì)為例，給定條件和要求如下：

• VCC = 3.3V（標(biāo)稱值）
• VOL = 0.4V（最大值）
• CBUS = 200pF（最大值）
• VILMAX = 0.8V，VIHMIN = 2.1V
• tr = 0.8μs（最大值），tf = 0.3μs（最大值）

若使用RS = 500Ω，驅(qū)動(dòng)器的最大RON = 200Ω，則RL = 500 + 200 = 700Ω。通過一系列計(jì)算，最終確定RP的值為27kΩ，同時(shí)滿足上升時(shí)間、下降時(shí)間、VOL和初始?jí)簲[率的要求。

ACK數(shù)據(jù)建立時(shí)間

在選擇與下拉驅(qū)動(dòng)器串聯(lián)的RS值時(shí)，需要確保滿足ACK（確認(rèn)）的數(shù)據(jù)建立時(shí)間要求。如果SMBus從設(shè)備的RS值較高，需要更早地將SDA拉低，以確保有足夠的ACK數(shù)據(jù)建立時(shí)間?；蛘?，SMBus從設(shè)備可以將SCL線保持低電平，直到SDA線達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，然后釋放SCL以生成ACK時(shí)鐘脈沖。

并聯(lián)多個(gè)LTC1694 - 1

當(dāng)總線電容高于200pF時(shí)，可以將多個(gè)LTC1694 - 1并聯(lián)，以提供更高的上拉電流，滿足上升時(shí)間要求。例如，將兩個(gè)LTC1694 - 1并聯(lián)可提供4.4mA的上拉電流。

相關(guān)部件

除了LTC1694 - 1，還有一些相關(guān)的部件在SMBus和I2C應(yīng)用中也有廣泛的應(yīng)用，如LTC1380/LTC1393（8通道/4通道模擬多路復(fù)用器，具有SMBus接口）、LTC1427（10位電流DAC，具有SMBus接口）等。

總之，LTC1694 - 1是一款功能強(qiáng)大的芯片，能有效提升SMBus和I2C總線的性能。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇外部電阻，確保芯片的正常工作和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴４蠹以谑褂眠^程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。