SGM4594：低電壓16位I2C和SMBus低功耗I/O擴展器的全面解析
SGM4594：低電壓16位I2C和SMBus低功耗I/O擴展器的全面解析
在電子設計領域，I/O擴展器是解決設備需要額外I/O端口問題的常用方案。今天要介紹的SGM4594就是一款非常出色的通用并行輸入輸出（I/O）擴展器，下面我們來詳細了解一下它的特性、應用及相關參數。
文件下載：SGM4594-Brief.pdf
一、產品概述
SGM4594是一款通用的并行I/O擴展器，由兩個通道和8位并行I/O擴展組成。它通過兩線雙向I2C總線（或SMBus）與處理器進行通信，支持I2C標準模式（100kHz）和I2C快速模式（400kHz）時鐘頻率。這為需要額外I/O的設備，如LED、按鈕、傳感器等，提供了簡單的解決方案。
該器件可以通過A0、A1和A2引腳選擇設備地址。當輸入端口狀態發生變化時，nINT引腳會產生中斷信號。在推挽輸出模式下，當相應的輸出異常指示端口寄存器設置為1時，nINT引腳也會指示輸出異常。此外，SGM4594可以通過循環電源并進行上電復位，將自身重置為默認狀態。
SGM4594采用綠色TSSOP - 24和TQFN - 4×4 - 24FL封裝，支持 - 40℃至 + 125℃的溫度范圍。
二、特性亮點
1. 寬輸入電壓范圍
輸入電壓范圍為1.65V至5.5V，能夠適應多種不同的電源環境，增加了其應用的靈活性。
2. 并行I2C I/O擴展
提供并行I2C I/O擴展功能，方便與處理器進行通信，滿足設備對更多I/O端口的需求。
3. 5V容忍輸入輸出端口
輸入輸出端口能夠容忍5V電壓，增強了其與其他設備的兼容性。
4. 上拉電阻
每個端口都有一個100kΩ的上拉電阻連接到VCC，有助于穩定信號。
5. 低電平有效中斷輸出
具有低電平有效中斷輸出功能，方便系統及時響應輸入端口狀態的變化。
6. 支持I2C快速模式
支持400kHz的I2C快速模式，提高了數據傳輸速度。
7. 內部上電復位
內部具有上電復位功能，確保設備在上電時能夠正常初始化，且上電時無毛刺。
8. 極性反轉寄存器
具備極性反轉寄存器，增加了設計的靈活性。
9. 與大多數處理器兼容
能夠與大多數處理器兼容，方便集成到不同的系統中。
10. 可選擇設備地址
通過三個引腳可以選擇設備地址，最多可支持八個設備，提高了系統的擴展性。
11. 直接驅動LED
鎖存輸出可以直接驅動LED，簡化了LED驅動電路的設計。
12. 閂鎖性能
閂鎖性能（>100mA）符合JESD 78 Class II標準，保證了設備的可靠性。
13. 寬工作溫度范圍
工作溫度范圍為 - 40℃至 + 125℃，適用于各種惡劣的工業環境。
三、應用領域
1. I2C GPIO擴展
可用于擴展系統的通用輸入輸出（GPIO）端口，滿足設備對更多I/O的需求。
2. 工業、工廠、建筑、測試和測量
在工業自動化、工廠控制、建筑自動化以及測試測量設備中，SGM4594可以提供額外的I/O端口，實現對各種設備的控制和監測。
四、典型應用電路
典型應用電路展示了SGM4594與控制器和外設的連接方式。通過I2C總線（SCL和SDA）與控制器進行通信，nINT引腳用于中斷信號輸出，P0和P1端口用于連接外設。
五、封裝與訂購信息
| SGM4594提供兩種封裝形式：TSSOP - 24和TQFN - 4×4 - 24FL。不同封裝的訂購信息如下： | MODEL | PACKAGE DESCRIPTION | SPECIFIED TEMPERATURE RANGE | ORDERING NUMBER | PACKAGE MARKING | PACKING OPTION |
|---|---|---|---|---|---|---|
| SGM4594 | TSSOP - 24 | - 40°C至 + 125°C | SGM4594XTS24G/TR | SGM4594 XTS24 xXXXX | Tape and Reel, 4000 | |
| TQFN - 4×4 - 24FL | - 40°C至 + 125°C | SGM4594XTXD24G/TR | SGM4594 XTXD24 XXXXX | Tape and Reel, 3000 |
其中，XXXXX代表日期代碼、跟蹤代碼和供應商代碼。
六、絕對最大額定值
| 在使用SGM4594時，需要注意其絕對最大額定值，以避免設備損壞。例如，電源電壓范圍為 - 0.5V至6V，輸入電壓范圍和輸出電壓范圍也為 - 0.5V至6V等。具體的絕對最大額定值如下表所示： | Supply Voltage Range, V CC | - 0.5V to 6V |
|---|---|---|
| Input Voltage Range (1) , V I | - 0.5V to 6V | |
| Output Voltage Range (1) , V O | - 0.5V to 6V | |
| Input Clamp Current, I IK (V I < 0V) | - 20mA | |
| Output Clamp Current, I OK (V O < 0V) | - 20mA | |
| Input - Output Clamp Current, I IOK (V O < 0V or V O > V CC ) | ±20mA | |
| Continuous Output Low Current, I OL (V O = 0V to V CC ) | 50mA | |
| Continuous Output High Current, I OH (V O = 0V to V CC ) | - 50mA | |
| Continuous Current through GND | - 250mA | |
| Continuous Current through V CC | 160mA | |
| Package Thermal Resistance | ||
| TSSOP - 24, θ JA | 84℃ /W | |
| TSSOP - 24, θ JB | 52.8℃ /W | |
| TSSOP - 24, θ JC | 33.2℃ /W | |
| TQFN - 4×4 - 24FL, θ JA | 45.4℃ /W | |
| TQFN - 4×4 - 24FL, θ JB | 23.2℃ /W | |
| TQFN - 4×4 - 24FL, θ JC (TOP) | 35.6℃ /W | |
| TQFN - 4×4 - 24FL, θ JC (BOT) | 12.1℃ /W | |
| Junction Temperature | + 150℃ | |
| Storage Temperature Range | - 65℃ to + 150℃ | |
| Lead Temperature (Soldering, 10s) | + 260℃ | |
| ESD Susceptibility (2) (3) | ||
| HBM | ±4000V | |
| CDM | ±1000V |
七、推薦工作條件
推薦的工作條件包括電源電壓范圍、I/O端口電壓范圍、輸入輸出電流等。例如，電源電壓范圍為1.65V至5.5V，不同溫度下的輸出電流也有所不同。在設計電路時，需要確保設備在推薦工作條件下運行，以保證其性能和可靠性。
八、ESD敏感性和過應力注意事項
ESD保護對于SGM4594這類集成電路非常重要。如果不仔細考慮ESD保護措施，可能會導致設備損壞。SGMICRO建議在處理所有集成電路時采取適當的預防措施。同時，超過絕對最大額定值的應力可能會對設備造成永久性損壞，長時間暴露在絕對最大額定值條件下可能會影響設備的可靠性。
九、引腳配置和描述
1. 引腳配置
SGM4594的TSSOP - 24和TQFN - 4×4 - 24FL封裝的引腳配置有所不同，但功能基本一致。例如，nINT為開漏輸出引腳，通過上拉電阻連接到VCC；A0、A1、A2為模擬輸入引腳，可連接到VCC或GND等。
2. 引腳描述
| PIN | TSSOP - 24 | TQFN - 4×4 - 24 FL | NAME | TYPE | DESCRIPTION |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 22 | nINT | O | Open - Drain Output Pin. A pull - up resistor is used to connect to V CC. | |
| 2 | 23 | A1 | I | Analog Input A1. Connected to V CC or GND. | |
| 3 | 24 | A2 | I | Analog Input A2. Connected to V CC or GND. | |
| 4 - 11 | 1 - 8 | P0_0 - 7 | I/O | P0_0 to P0_7 of Port 0 Input/Output. Default as an input at power - on. | |
| 12 | 9 | GND | G | Ground. | |
| 13 - 20 | 10 - 17 | P1_0 - 7 | I/O | P1_0 to P1_7 of Port 1 Input/Output. Default as an input at power - on. | |
| 21 | 18 | A0 | I | Analog Input A0. Connected to V CC or GND. | |
| 22 | 19 | SCL | I | Clock Signal. | |
| 23 | 20 | SDA | I/O | Data Signal. | |
| 24 | 21 | VCC | P | Supply Voltage. | |
| - | Exposed Pad | EP | - | Thermal Pad. It can be connected to GND or be left floating. This pad is not an electrical connection point. |
十、測試電路和波形
文檔中還給出了I2C接口負載電路、中斷負載電路和P - 端口負載電路的測試電路及相應的波形圖。這些測試電路和波形圖有助于工程師在實際應用中對SGM4594進行測試和調試，確保其正常工作。
十一、功能框圖
功能框圖展示了SGM4594的內部結構，包括中斷邏輯、I2C總線寄存器、輸入輸出端口等。了解其內部結構有助于工程師更好地理解設備的工作原理，進行更優化的設計。
十二、封裝信息
1. 封裝外形尺寸
詳細給出了TSSOP - 24和TQFN - 4×4 - 24FL封裝的外形尺寸和推薦焊盤尺寸，方便工程師進行PCB設計。
2. 編帶和卷盤信息
提供了不同封裝的編帶和卷盤的關鍵參數，如卷盤直徑、卷盤寬度、引腳1象限等，便于生產和采購。
3. 紙箱尺寸
給出了不同卷盤類型對應的紙箱尺寸，方便產品的包裝和運輸。
綜上所述，SGM4594是一款功能強大、性能可靠的I/O擴展器，適用于多種應用場景。在實際設計中，工程師需要根據具體需求合理選擇封裝形式，注意其絕對最大額定值和推薦工作條件，同時做好ESD保護和電路測試，以確保設備的正常運行。大家在使用SGM4594的過程中，有沒有遇到過什么問題或者有什么獨特的應用經驗呢？歡迎在評論區分享。
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