Texas Instruments TCAL6416 I^2^C總線/SMBus I/O擴展器支持兩線雙向I^2^C總線（或SMBus）協議通用并行輸入/輸出 (I/O) 擴展解決方案。TCAL6416在I^2^C總線側的電源電壓 (VCCI) 為1.08V至3.6V，在P端口側的電源電壓 (VCCP) 范圍為1.08V至3.6V。

數據手冊：*附件：Texas Instruments TCAL6416 I2C總線 SMBus IO擴展器數據手冊.pdf

TI TCAL6416 I^2^C總線/SMBus I/O擴展器具有100kHz (標準模式)、400kHz (快速模式) 和1MHz (快速模式+) I^2^C時鐘頻率。當開關、傳感器、按鈕、LED、風扇等需要額外I/O時，該器件提供了一種簡單的解決方案。

TCAL6416具有敏捷I/O端口，還包括旨在提高I/O在速度、功耗和EMI方面性能的額外性能。這些其他特性包括可編程輸出驅動強度、可編程上拉/下拉電阻、可閉鎖輸入、可屏蔽中斷、中斷狀態寄存器以及可編程開漏或推挽輸出。

特性

• 工作電源電壓范圍：1.08 V至3.6 V
• 支持1.2V、1.8V、2.5V和3.3V I^2^C總線和P端口之間的雙向電壓電平轉換和GPIO擴展
• 1.8V時具有1μA（典型值）的低待機電流消耗
• 1MHz快速模式+ I^2^C總線
• 硬件地址引腳允許兩個設備在同一根I^2^C、SMBus總線上。
• 低電平有效復位輸入 (RESET)
• 低電平有效的開漏中斷輸出 (INT)
• 輸入或輸出配置寄存器
• 極性反轉寄存器
• 可配置I/O驅動強度寄存器
• 上拉和下拉電阻器配置寄存器
• 內部上電復位
• SCL/SDA輸入端靜噪濾波
• 鎖存輸出帶大電流驅動最大能力，用以直接驅動LED
• 閉鎖性能超過100mA，符合JESD 78 II類標準
• 靜電放電保護超出JESD 22標準
  • 4000V人體模型 (A114-A)
  • 1000V充電器件模型 (C101)

簡化示意圖

典型應用原理圖

TCAL6416 I2C總線IO擴展器技術解析與應用指南

一、產品概述

TCAL6416是德州儀器(TI)推出的一款16位雙向電壓轉換I2C/SMBus IO擴展器，具有中斷輸出、復位和靈活IO配置寄存器等特性。該器件在1.08V至3.6V的寬電壓范圍內工作，可實現1.2V、1.8V、2.5V和3.3V電平之間的雙向轉換。

?核心特性?：

• 工作電壓范圍：1.08V至3.6V（I2C總線側和P端口側獨立供電）
• 支持1MHz Fast-mode Plus I2C時鐘頻率
• 16個可編程GPIO，支持輸入/輸出配置
• 低待機電流：1.8V時典型值1μA
• 靈活的IO配置：
  • 可編程輸出驅動強度（4級可調）
  • 可編程上拉/下拉電阻（10kΩ）
  • 極性反轉功能
  • 輸入鎖存功能
• 開漏中斷輸出(INT)和低電平有效復位輸入(RESET)
• 硬件地址引腳支持同一I2C總線上連接兩個器件
• 強大的ESD保護：4000V HBM，1000V CDM

二、關鍵技術創新

1. 電壓電平轉換技術

TCAL6416采用創新的電壓轉換架構，允許I2C總線側(VCCI)和P端口側(VCCP)采用不同電壓供電（1.2V至3.6V任意組合）。這種設計使得該器件能夠連接低電壓處理器和高電壓外圍設備，解決了現代系統中混合電壓設計的挑戰。

2. Agile I/O技術

相比傳統IO擴展器，TCAL6416提供了豐富的IO配置選項：

• ?驅動強度調節?：每個IO可獨立配置為25%、50%、75%或100%驅動強度，優化功耗和EMI性能
• ?上拉/下拉配置?：內置可編程10kΩ上拉/下拉電阻，減少外部元件
• ?輸入鎖存?：可捕獲瞬態輸入信號變化，防止短脈沖丟失
• ?中斷屏蔽?：可單獨屏蔽每個IO的中斷觸發

三、硬件設計要點

1. 引腳配置

器件提供三種封裝選擇：

• ?TSSOP-24? (7.8mm × 6.4mm)
• ?VSSOP-24? (6.1mm × 4.9mm)
• ?WQFN-24? (4mm × 4mm)

?關鍵引腳功能?：

• ?INT?：開漏中斷輸出，需外接上拉電阻
• ?RESET?：低電平有效復位輸入，需上拉至VCCI
• ?ADDR?：硬件地址選擇（接VCCP或GND）
• ?P00-P17?：16個可配置GPIO

2. 典型應用電路

• ?I2C接口?：SCL/SDA需接4.7kΩ上拉電阻至VCCI
• ?電源設計?：VCCI和VCCP需分別接0.1μF去耦電容
• ?LED驅動?：配置為輸出時可直接驅動LED（最大25mA灌電流）
• ?輸入保護?：浮動輸入應配置上拉/下拉電阻

四、寄存器配置詳解

TCAL6416通過I2C接口訪問11組寄存器對：

?關鍵配置步驟?：

1. 通過配置寄存器(06h/07h)設置IO方向
2. 通過輸出端口寄存器(02h/03h)設置輸出值
3. 通過驅動強度寄存器(40h-43h)優化驅動能力
4. 通過中斷屏蔽寄存器(4Ah/4Bh)使能所需中斷

五、典型應用場景

1. ?服務器管理?：擴展BMC處理器GPIO，監控風扇狀態、溫度報警等
2. ?工業控制?：連接按鈕、開關和指示燈，減少長距離布線
3. ?消費電子?：在空間受限設計中擴展觸摸按鍵接口
4. ?汽車電子?：實現不同電壓域器件間的電平轉換
5. ?LED控制?：直接驅動多路LED，支持PWM調光