I2C 和 SMBus 2 線協議固有的簡單性使其成為大型系統中通信重要信息的熱門選擇。兩種標準均采用簡單的漏極開路下拉驅動器，具有阻性或電流源上拉。然而，隨著系統復雜性的增加，出現了一些實際問題。

大型系統的第一個問題是具有硬連線I2C地址的設備需要地址擴展以防止沖突。其次，噪聲會導致毛刺，這些毛刺可能被解釋為合法的時鐘或數據轉換，從而影響數據可靠性。第三，I2C器件可能導致總線保持低電平。最后，時序規格越來越難以滿足，時鐘頻率受到等效總線電容的限制，而等效總線電容隨著系統尺寸和復雜性的增加而增加。具有總線緩沖器的 LTC4312 和 LTC4314 引腳可選 2 通道和 4 通道 I2C 多路復用器通過許多強大的功能解決了這些問題 （參見表 1）。由于這兩款器件具有相同的特性（除了通道數之外），本文重點介紹 LTC4314。

上游 I2C總線（SDAIN，SCLIN）可以是 連接到下游的任意組合 通過 LTC4314 總線的總線 緩沖器和多路復用器開關通過驅動 所需輸出的使能引腳 巴士高。具有 相同的地址可以放在不同的地址上 總線并使用使能引腳進行隔離， 從而實現地址擴展。

緩沖器提供電容隔離 在上游總線和 下游總線，允許分區 總線電容。單曲 供應系統，緩沖器調節 總線高達 0.33 ? V抄送，提供 邏輯低噪聲容限。上升時間加速器 （RTA）的適當強度 可以激活以克服總線電容 限制，減少上升時間和 允許更高的開關頻率 即使在重負載下運行。

LTC4314 與 我2C 標準和快速模式，SMBus 和 PMBus 規格。卡住的總線恢復 電路斷開上游總線 從下游總線當SDA和 標準及校正實驗所尚未同時處于高水平 45ms內最少一次，釋放上游 總線以恢復通信。復蘇 電路也試圖說服 卡住的設備通過生成釋放高電平 多達 16 個時鐘脈沖和一個停止 啟用的下游總線上的位。

最后，卡可以熱插拔到 和 LTC4314 的 I2C 輸出總線 前提是要熱插拔的通道 已被禁用。LTC4314 的 工作電壓范圍為 V抄送從 2.9V 到 5.5V， VCC2從2.25V到5.5V和總線 電壓范圍為2.25V至5.5V。The LTC4314 電平轉換低至 1.5V 和 1.8V總線在某些條件下，如果 RTA 在低壓總線上被禁用。

高帶寬緩沖器可提高噪聲容限和速度，同時保持低失調

通過離開獲得高噪聲容限 LTC4314 緩沖接通，直到兩個輸入 輸出總線電壓> 0.33 ? V最低, 其中 V最低是 V 的較低者抄送和 VCC2電壓。這是可能的，因為 高帶寬緩沖區不限制 公共汽車的上升率，允許他們 以保持更高的總線電壓。

如圖1所示，當噪聲為400kHz時 方波信號應用于SCLIN， SCLOUT1波形在以下情況下跟蹤SCLIN。 SCLIN電壓為< 0.33 ? V最低和 當 SCLIN 電壓釋放高電平時 是 > 0.33 ? V最低.低偏移使 SCLOUT1波形幾乎與 電壓 < 0.33 ? V 的 SCLIN 波形最低. 輸入時不會發生輸出毛刺 越過 V伊利諾伊州水平 0.33 ? V最低, 如SCLOUT1波形所示。

圖1.LTC4314 發射一個噪聲的 400kHz I2C信號應用于SCLIN。當 SCLIN 為邏輯低電平時，SCLOUT1 波形跟蹤 SCLIN。在邏輯高電平期間，SCLIN上的噪聲高于0.33 ? V最低不會傳播到 SCLOUT。

由于緩沖區在以下情況下斷開連接 輸入和輸出總線電壓 > 0.33 ? V最低，任何應用于的噪音 一側的邏輯高狀態不是 傳播到另一側只要 總線電壓不會低于 0.33 ? V最低.如圖 1 所示 其中SCLOUT1的邏輯高狀態 不受 SCLIN 上的噪音影響。

掌控整體的設計師 I2C 系統可設置 LTC4314 以工作 在高達 1MHz 的頻率下，通過調整 總線上的RC負載和使用強力 區域貿易協定（見表2）。LTC4314 的高至低 傳播延遲 tPDHL總是 正，大約 100ns。取決于 上游的總線裝載條件 和 LTC4314 的下游側， 從低到高的傳播延遲 tPDLH的 LTC4314 可以是正的或負的。 適用于高頻運行的系統 （>400kHz） 設計人員應量化 該 TPDLH-噸PDHL在他們的SDA和 標準及校正實驗所途徑，確保數據建立和 所有巴士的等待時間都是可以接受的。

電平轉換和嵌套尋址

圖2所示電路說明 電平轉換和嵌套尋址 LTC4314 的特性。The LTC4314 可以電平轉換輸入和輸出 總線電壓介于 2.25V （1.5V 和 在某些情況下為 1.8V）和 5.5V. 在圖 2 中，LTC4314 轉換一個 3.3V輸入至5V和2.5V輸出。只 顯示下游總線 1 和 4 為簡單起見。每個輸出通道都有一個 專用使能引腳選擇，允許 師傅獨立溝通 具有相同 我2C 地址只提供一個 一次啟用下游總線。

圖2.LTC4314 在嵌套尋址和電平轉換應用中，其中上游 3.3V 總線上的器件與 2.5V 和 5V 下行總線上的器件通信。為簡單起見，僅顯示總線 1 和 4。

徑向連接的電信應用

圖 3 示出了 LTC4314 用于 徑向連接的電信 應用程序，如 ATCA。兩個擱板 經理 （SHMC） 用于溝通 與奴隸 I2用于冗余的 C 設備。 每個貨架經理可以有 根據需要提供多個 LTC4314，具體取決于 系統中的板數和 所需的徑向/星形配置 （6 ×圖 3 中的 4）。內部的使能引腳 只有一個貨架經理被斷言為高 在任何時候。由于 LTC4314 可以 與其他凌力爾特技術級聯 總線緩沖器，多達 24 個 FRU，帶線性 邊緣的技術總線緩沖器 可以插入背板。

圖3.LTC4314 采用 6 × 4 排列方式用于徑向連接的電信系統。在任何給定時間，只有一個磁盤架管理器的使能引腳為高電平。為簡單起見，僅顯示了SDA途徑。

并聯 LTC4314 以實現更多總線的多路復用

可連接多個 LTC4314 并行執行更高階 多路復用。圖 4 顯示了 1：8 使用兩個 LTC4314 的多路復用器。

圖4.并聯 LTC4314 器件以實現一個 1：8 多路復用器。

與不兼容的 I2C 設備的互操作性

高緩沖關斷電壓 LTC4314 可確保與 不合規 I2驅動 C 設備 高 V老> 0.4V.這顯示在 圖 5 不合規設備的位置 在通道 4 上驅動高 V老= 0.6V。 緩沖器關斷電壓為1.089V， 產生邏輯低噪聲容限 輸入和輸出均> 0.4V。

圖5.LTC4314 在與一個不合規的 I 操作時2驅動 V 的 C 設備老= 0.6V。緩沖器關斷電壓為 1.089V，從而產生 0.4V >邏輯低噪聲容限。

熱插拔?應用

I/O 卡可以熱插拔到 駐留的 LTC4314 的下游總線 在帶電背板上，如圖6所示。 插入或拔出 I/O 之前 卡，必須注意禁用 相應的輸出通道使 卡不打擾任何I2C 事務 這可能正在進行中。連接 到插入的卡必須僅啟用 當所有正在進行的交易在 總線已完成，總線處于空閑狀態。

圖6.熱插拔中的LTC4314?將卡插入或從輸出中拔出的應用程序。在插入或拔出卡之前，必須將相應的ENABLE引腳驅動為低電平，并且僅應在其他總線空閑時驅動至高電平。

卡住的總線檢測和恢復

偶爾，從屬設備會感到困惑 并陷入低位狀態。The LTC4314 監控啟用的輸出總線 檢測時鐘和數據是否同時存在 在 45ms 中至少高一次。如果 未檢測到此情況，LTC4314 斷言故障標志低。如果 DISCEN 是 連接高電平，LTC4314 也斷開連接 輸入和輸出側和生成 使能下游的時鐘脈沖 公共汽車試圖釋放卡住的公共汽車。 數據釋放時停止計時 高或 16 個時鐘 生成，以先到者為準。之后 最終時鐘脈沖，產生一個停止位 重置總線以進行進一步通信。

一個或多個使能引腳上的上升沿， 在所有啟用都已降低之后， 需要重新建立連接 在輸入和輸出之間。行為 這也會清除故障標志。大師 可以等待故障條件 清除（故障釋放高），要么打開 它自己或通過16個時鐘脈沖 由 LTC4314 發出，在切換之前 LTC4314 的使能引腳，或者它可以 所以在故障發生之前先發制人 已清除以重新建立連接。這 然后，主控可以采取適當的操作 以清除卡住的低電平條件。

圖7顯示了期間的波形 SDAOUT1 卡在低位并恢復 事件。45ms 超時周期后 經過后，FAULT 標志被斷言為低電平，并且 輸入端和輸出端斷開。 這會導致 SDAIN 釋放高電平。

圖7.SDAOUT1 期間的總線波形卡住為低電平和恢復事件。

時鐘脈沖在SCLOUT1上產生。 SDAOUT1 在 16 時鐘之前釋放高電平 脈沖已經產生。時鐘脈沖 停止并生成停止位。 當 ENABLE1 引腳切換時， 在 輸入和輸出以及驅動的低電平 在 SDAOUT1 上傳播到 SDAIN。

如果自動卡住的總線斷開 不需要，此功能可以是 通過綁低迪森禁用。在此 在卡住的總線事件中，FAULT 標志被斷言為低，但沒有停止 發生位或時鐘生成，并且 輸入端和輸出端保持連接。

上升時間加速器

上升時間加速器 （RTA） LTC4314 可配置為 電流源模式（ACC 開路），壓擺 有限開關模式（ACC 接地）， 或禁用（ACC 高）。在當前 源模式 RTA 源一個常量 3mA電流進入總線。在回轉中 受控開關模式，RTA 開啟 以受控方式和源出電流 進入公共汽車，使它們以典型的速度上升 速率為 40V/μs。RTA電流和 選擇緩沖器關斷電壓 通過 ACC 設置，如表 2 所示。
對于具有低至中等噪聲的大容性總線，將ACC連接為低電平，以滿足系統上升時間并最大限度地提高SCL開關頻率。將 ACC 連接到低電平可在最大電壓范圍內提供最強的上拉電流。為了獲得更高的抗噪性，請將 ACC 保持開路或將其連接到 0.5 ? VCC，將緩沖器 VIL 設置為 0.33 ? VMIN，并獲得 3mA 的 RTA 電流。3mA RTA 電流足以滿足 1μs 標準模式 I2C 上升時間要求（100kHz 操作），適用于高達 690pF 的總線電容和 4mA 的直流總線上拉電流<。如果不需要加速，請將 ACC 綁得很高。要有選擇地僅在輸出上禁用 RTA，請將 VCC2 接地，然后接地 ACC，或者讓 ACC 保持開路。

結論

LTC?4314 和 LTC4312 是引腳可選的 I2C 多路復用器，通過提供電容緩沖、嵌套尋址和電平轉換來解決與大型 I2C 總線系統相關的實際設計問題。這些器件保持低失調和高邏輯低噪聲容限，最高可達0.33 ? VCC。其高帶寬緩沖器和集成 RTA 允許在高達 1MHz 的頻率下工作，并保證從 0 到 1.2nF 容性負載的穩定性。當總線卡在低電平時，它們還可以斷開和恢復總線，并允許 I/O 卡熱插拔到和移出實時系統。

審核編輯：郭婷