電源技術(shù)中I2C及PM Bus總線(xiàn)

　　2.5 I2C總線(xiàn)信號的傳輸方式

　　I2C總線(xiàn)中的兩根信號線(xiàn)(SDA、SCL)在傳輸各種控制信號的過(guò)程中是有嚴格分工的。其中，SDA數據線(xiàn)用來(lái)傳輸各控制信號的數據及這些數據占有的地址等內容;SCL時(shí)鐘線(xiàn)用來(lái)控制器件與被控器件之間的工作節拍。為保證總線(xiàn)輸出電路得到供電，SDA線(xiàn)和SCL線(xiàn)均通過(guò)上拉電阻和電源連接，當總線(xiàn)空閑時(shí)，SDA和SCL兩線(xiàn)均保持高電平。I2C總線(xiàn)控制信號傳輸波形如圖3所示。

　　圖3 I2C總線(xiàn)控制信號傳輸波形

　　(1)時(shí)鐘線(xiàn)控制信號

　　SCL線(xiàn)為高電平期間，SDA線(xiàn)上傳輸的數據必須保持穩定，在此期間，控制器件與被控制器件之間可以交換數據;SCL線(xiàn)為低電平期間，SDA線(xiàn)上傳輸的數據可以變化，即允許數據線(xiàn)上電平高低跳變。

　　(2)數據線(xiàn)控制信號

　　數據線(xiàn)上傳輸的控制信號，均按圖3所示的內容和順序先后傳輸：起始狀態(tài)信號、被控電路地址、讀寫(xiě)方式(數據傳輸方向位)、應答信號、數據信號、應答信號、數據信號、應答信號、終止狀態(tài)信號。

　　在時(shí)鐘線(xiàn)為高電平期間，數據線(xiàn)上一個(gè)電平由高到低的跳變規定為起始狀態(tài)，電平由低到高的跳變規定為終止狀態(tài)，起始狀態(tài)信號和終止狀態(tài)信號均由CPU發(fā)出。當CPU發(fā)出起始狀態(tài)信號后，總線(xiàn)即處于占用狀態(tài);當CPU發(fā)出終止狀態(tài)信號后，總線(xiàn)又處于空閑狀態(tài)。在SDA線(xiàn)上傳輸的數據，其字節為8位。前7位是被控電路的地址，第8位是數據傳輸的方向位，“0”表示由CPU發(fā)送數據，“1”表示CPU接收數據。每傳輸一個(gè)數據字節后，跟著(zhù)一位應答(確認)信號，這個(gè)應答信號是由CPU發(fā)出的，在應答位時(shí)鐘期間，CPU釋放數據線(xiàn)，以便被控器在這一位上送出應答信號。

　　當被控器的數據接收無(wú)誤時(shí)，被控器發(fā)出低電平應答信號，經(jīng)確認后的數據才有效。當數據被確認后，CPU便可以繼續傳送數據并繼續對數據加以確認，直到CPU發(fā)出終止狀態(tài)信號為止。若在應答位時(shí)鐘期間，CPU未接收到被控器送來(lái)的低電平應答信號，CPU就會(huì )判斷該被控器有故障，并終止數據傳送。由于各被控集成電路和器件均有自己的地址，所以，在總線(xiàn)上不同時(shí)間傳送著(zhù)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(xiàn)上取下來(lái)，并進(jìn)行識別和處理，得到相應的控制信號，就可以實(shí)現相應的控制。

　　2.6 I2C總線(xiàn)系統與外部電路的連接方式

　　I2C總線(xiàn)系統的外部電路結構簡(jiǎn)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(xiàn)

　　直接式I2C總線(xiàn)是指被控集成電路直接或通過(guò)電阻掛在I2C總線(xiàn)上，其電路工作原理圖如圖4所示。因為CPU的I2C總線(xiàn)輸出端口內部電路形式為集電極開(kāi)路(或漏極開(kāi)路)形式，所以在CPU的I2C總線(xiàn)輸出端必須通過(guò)上拉電阻R接+5V電源，為CPU的I2C總線(xiàn)輸出端口的內部電路供電。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(xiàn)上數據傳輸的可靠性，防止誤動(dòng)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(xiàn)數據。穩壓管VS是為了防止外部高電壓損壞CPU的I2C總線(xiàn)輸出端的內部電路。

　　圖4 直接式I2C總線(xiàn)工作原理圖

　　(2)隔離式I2C總線(xiàn)

　　隔離式I2C總線(xiàn)是指CPU引出的總線(xiàn)通過(guò)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(kāi)，當被控對象發(fā)生故障使I2C總線(xiàn)上電壓升高時(shí)，晶體管會(huì )截止，從而保護CPU不被高電壓沖擊而損壞。

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

　　(1)CPU與I2C有關(guān)的引腳

　　采用I2C的CPU除了設置SCL串行時(shí)鐘線(xiàn)引腳和SDA串行數據線(xiàn)引腳外，一般還設置了便于工廠(chǎng)生產(chǎn)線(xiàn)調試使用的I2C通/關(guān)閉控制引腳。當CPU的I2C通/關(guān)閉控制引腳接規定電平時(shí)，CPU便將I2C總線(xiàn)的控制權交給了生產(chǎn)線(xiàn)調試計算機，此時(shí)CPU不能通過(guò)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(xiàn)關(guān)閉)、Service(維修)、EXT BUS(外部總線(xiàn))、TEST(測試)、FACTORY(工廠(chǎng))來(lái)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(shí)，CPU的第36引腳為高電平。接插件BC為生產(chǎn)調試時(shí)CPU的I2C外部計算機的連接插口，生產(chǎn)調試時(shí)，生產(chǎn)線(xiàn)計算機通過(guò)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(xiàn)42、43引腳停止輸出。電器的I2C系統由外部計算機接管。

　　圖6 I2C通/斷開(kāi)控制工作原理圖