由于I2C信號質量容易受寄生電容影響，時序一致性測試對保障通信穩定至關重要。本文將通過實例應用教您一秒鐘完成時序測試，快速分析I2C信號脈寬、幅值、邊沿、建立時間、保持時間等多種組合參數。

I2C總線介紹

I2C總線是Philips公司推出的一種串行總線，是具備多主機系統所需的包括總線裁決和高低速器件同步功能的高性能串行總線。I2C總線用于連接微控制器及其外圍設備。

物理結構上，I2C總線只有兩根雙向信號線，一根是數據線SDA，另一根是時鐘線SCL。

● SCL（串行時鐘線）：上升沿將數據輸入到每個EEPROM器件中；下降沿驅動EEPROM器件輸出數據。

● SDA（串行數據線）：雙向數據線，為OD門，與其它任意數量的OD與OC門成“線與”關系。

圖2 I2C總線內部結構

I2C總線通過上拉電阻接正電源。當總線空閑時，兩根線均為高電平。連到總線上的任一器件輸出的低電平，都將使總線信號變低，即各器件的SDA及SCL都是線“與”關系。

I2C有三種速率，如下：

● 普通模式（100kHz）；

● 快速模式（400kHz）；

● 高速模式（3.4MHz）。

I2C總線數據有效性

I2C總線進行數據傳送時，時鐘信號SCL為高電平期間，數據線SDA上的數據必須保持穩定，只有在時鐘線SCL上的信號為低電平期間，數據線SDA上的高電平或低電平狀態才允許變化，如圖3所示。

圖3 數據有效性

I2C時序分析軟件

I2C通信時序傳統的測試方法，需要人工定位每一項參數并單獨卡光標測量，平均測試一組數據的時間約為30~60分鐘，不僅效率低，而且容易引入讀數誤差甚至錯誤。ZDS5000系列示波器創新的I2C時序分析功能，可極大地提高測算效率，保持數據一致性。

使用I2C時序分析軟件，它能夠在極短的時間內完成總線信號的DC特性和AC特性分析，并與器件手冊標稱參數做對比，直接輸出測試結果（Pass/Fail），同時支持報表導出，省去人工錄入數據的煩惱，極大地提升測試效率。具體測試界面如下圖4所示。

圖4 I2C時序分析界面

I2C時序分析測試參數

I2C時序除了要分析其解碼情況，還需驗證是其否滿足I2C的AC特性標準，I2C時序分析功能測試參數及手冊標稱如表1所示，包括時鐘頻率、起始信號/數據信號建立時間、起始信號/數據信號保持時間、時鐘低/高電平時間和總線空閑時間等十幾項測試參數。

下圖5中黃色部分為測試項目所對應的測試具體位置。

圖5 I2C測試項目

I2C時序分析實例應用

此次測試選用標配有I2C時序分析軟件的ZDS4054 Plus示波器進行測試。如圖6所示為I2C時序分析參數設置界面，包含總線設置和參數設置，根據測試的標準用戶可自行調節參數的數值。

圖6 參數設置界面

● 總線電平：即輸入電壓Vcc，一般的I2C輸入電壓為3.30V，若為其他輸入電壓值也可通過旋鈕A對其進行調節。總線電平Vcc的調節將會影響VIL和VIH的值，Vcc與VIL、VIH存在如表2所示的關系。

● 輸入的高電平/低電平電壓（VIH、VIL）：兩者輸入的值由Vcc決定，滿足表2所示的關系，也可以通過旋鈕A對其進行調節，它們值的變化將不會影響Vcc值的變化。

設置完參數后點擊【返回】可查看到測試分析的結果，如下圖7所示。

圖7 I2C時序分析

I2C時序測試數據細節分析

如圖8所示：

● 通過觀察測試表中的測量參數，若所測量的參數符合測試標準則通過測試，顯示為“Pass”；

● 若不符合設定的標準則不通過測試，顯示為“Fail”；

● 若測試表中顯示“No Test”則表示找不到測試信號，此時可調整示波器水平時基，使示波器的屏幕上盡可能出現幾幀甚至十幾幀的波形，有利于對多點進行測試分析和比較；

● 在測試表的最下方將顯示最終的整體測試效果，若完全通過測試則顯示“Pass”，若有一項不通過測試，則為“Fail”。

圖8 I2C時序測試結果

在測試列表中旋轉旋鈕B可查看測試表中的參數測試結果，需要查看某一項參數測試細節可通過旋鈕B選中后短按旋鈕B，此時屏幕中的縮放窗口將跳轉至所選數據的測試部位，如圖9所示。

圖9 數據分析

測試完成后可對所測試的波形和數據進行導出，導出的“網頁報表”文件可使用網頁打開，導出的“CSV”文件可使用Excel打開。

總結

板子上的I2C總線的電氣特性是否符合要求？這個問題可以交給I2C時序分析軟件來準確地回答。ZDS5000行業分析型示波器，讓您輕松搞定I2C總線測試和參數驗證，加快調試的速度，提高效率。

審核編輯：劉清