TCA9517：I2C和SMBus系統的雙向緩沖器

在電子設計中，I2C和SMBus系統的擴展與電壓轉換是常見需求。TI的TCA9517作為一款具備電平轉換能力的雙向緩沖器，為這類應用提供了有效的解決方案。今天就來詳細聊聊TCA9517這個器件。

文件下載：tca9517.pdf

一、器件概述

TCA9517主要用于I2C和SMBus系統，它能在混合模式應用中，實現低電壓（低至0.9V）和較高電壓（2.7V - 5.5V）之間的雙向電壓電平轉換（上轉換/下轉換）。這意味著在進行電平轉換時，I2C和SMBus系統的性能不會下降，依然可以穩定擴展。該器件能緩沖I2C總線上的串行數據（SDA）和串行時鐘（SCL）信號，允許在I2C應用中連接兩個總線電容高達400pF的總線。

二、關鍵特性

（一）雙通道雙向緩沖

TCA9517是一個雙通道雙向緩沖器，具備電平轉換能力，這使得它在不同電壓域之間的數據傳輸更加靈活。

（二）高電平有效使能輸入

它有一個高電平有效（EN）的使能輸入，內部上拉至VCCB。用戶可以通過這個輸入選擇中繼器何時處于激活狀態，比如在電源復位時隔離表現不佳的從設備。不過要注意，EN輸入狀態的改變應在全局總線和中繼器端口處于空閑狀態時進行，以防止系統故障。

（三）B側VOL偏移電壓

B側驅動器的工作電壓范圍是2.7V - 5.5V，內部緩沖器的輸出低電平約為0.5V，但當內部輸出為低電平時，輸入電壓必須比輸出低電平低70mV或更多。這種設計產生的較高電壓低信號被稱為緩沖低電平，它能防止在輸入低電平條件釋放時出現鎖定情況，同時也決定了兩個B側端口不能相互連接。

（四）標準模式和快速模式支持

TCA9517支持標準模式和快速模式的I2C，不過系統的最大工作頻率會受到系統設計和中繼器引入的延遲影響。

（五）時鐘拉伸支持

該器件可以支持時鐘拉伸，但需要注意盡量減少從設備和主設備交接過程中出現的過沖電壓，可通過增加上拉電阻值來實現。

三、應用場景

（一）服務器和路由器

在服務器和電信交換設備（路由器）中，往往存在許多I2C從設備和較長的PCB走線，TCA9517可以有效擴展I2C和SMBus系統，保證信號傳輸的穩定性。

（二）工業設備

工業設備對穩定性和可靠性要求較高，TCA9517的電平轉換和緩沖功能能夠滿足工業設備中不同電壓域之間的通信需求。

四、電氣參數

（一）絕對最大額定值

在使用TCA9517時，要注意其絕對最大額定值，如VCCB和VCCA的電源電壓范圍為 -0.5V - 7V，超過這些額定值可能會對器件造成永久性損壞。

（二）ESD額定值

該器件具有一定的ESD保護能力，人體模型（HBM）可達 +5500V，帶電設備模型（CDM）可達 +1000V，機器模型（A115 - A）可達 +200V。但在存儲和處理時，仍需采取防靜電措施，如將引腳短路或放置在導電泡沫中。

（三）推薦工作條件

推薦的工作條件包括A側總線電源電壓范圍為0.9V - 5.5V，B側總線電源電壓范圍為2.7V - 5.5V，以及不同引腳的高低電平輸入電壓范圍等。在設計時，應確保器件在這些條件下工作，以保證其性能和可靠性。

五、設計要點

（一）電源供應

VCCB和VCCA在加電時可以按任意順序施加。TCA9517包含一個上電電路，在VCCB高于2.5V且VCCA高于0.8V之前，輸出驅動器會保持關閉狀態。TI建議使用一個約100nF的去耦電容，并將其靠近VCCA和VCCB引腳放置。

（二）布局設計

雖然TCA9517沒有特殊的布局要求，但去耦電容應盡可能靠近VCC引腳放置。同時，可參考文檔中提供的布局示例進行設計。

（三）時鐘拉伸和VILC及上拉電阻選型

在支持時鐘拉伸時，要通過增加上拉電阻值來減少過沖電壓。為了使TCA9517正常工作，B側所有設備必須能夠將B側電壓拉到低于電壓輸入低電平競爭水平（VILC），即B側任何設備的VOL必須低于0.4V，這可以通過改變上拉電阻值來調整。

六、總結

TCA9517是一款功能強大的I2C和SMBus系統雙向緩沖器，其電平轉換能力、多種特性和廣泛的應用場景使其成為電子工程師在設計相關系統時的一個不錯選擇。在使用過程中，我們需要充分了解其電氣參數和設計要點，以確保系統的穩定性和可靠性。大家在實際設計中有沒有遇到過類似器件應用的問題呢？歡迎在評論區交流分享。