电源技术中I2C及PM Bus总线介绍

2.5 I2C总线信号的传输方式

　　I2C总线中的两根信号线(SDA、SCL)在传输各种控制信号的过程中是有严格分工的。其中，SDA数据线用来传输各控制信号的数据及这些数据占有的地址等内容;SCL时钟线用来控制器件与被控器件之间的工作节拍。为保证总线输出电路得到供电，SDA线和SCL线均通过上拉电阻和电源连接，当总线空闲时，SDA和SCL两线均保持高电平。I2C总线控制信号传输波形如图3所示。

　　图3 I2C总线控制信号传输波形

　　(1)时钟线控制信号

　　SCL线为高电平期间，SDA线上传输的数据必须保持稳定，在此期间，控制器件与被控制器件之间可以交换数据;SCL线为低电平期间，SDA线上传输的数据可以变化，即允许数据线上电平高低跳变。

　　(2)数据线控制信号

　　数据线上传输的控制信号，均按图3所示的内容和顺序先后传输：起始状态信号、被控电路地址、读写方式(数据传输方向位)、应答信号、数据信号、应答信号、数据信号、应答信号、终止状态信号。

　　在时钟线为高电平期间，数据线上一个电平由高到低的跳变规定为起始状态，电平由低到高的跳变规定为终止状态，起始状态信号和终止状态信号均由CPU发出。当CPU发出起始状态信号后，总线即处于占用状态;当CPU发出终止状态信号后，总线又处于空闲状态。在SDA线上传输的数据，其字节为8位。前7位是被控电路的地址，第8位是数据传输的方向位，“0”表示由CPU发送数据，“1”表示CPU接收数据。每传输一个数据字节后，跟着一位应答(确认)信号，这个应答信号是由CPU发出的，在应答位时钟期间，CPU释放数据线，以便被控器在这一位上送出应答信号。

　　当被控器的数据接收无误时，被控器发出低电平应答信号，经确认后的数据才有效。当数据被确认后，CPU便可以继续传送数据并继续对数据加以确认，直到CPU发出终止状态信号为止。若在应答位时钟期间，CPU未接收到被控器送来的低电平应答信号，CPU就会判断该被控器有故障，并终止数据传送。由于各被控集成电路和器件均有自己的地址，所以，在总线上不同时间传送着众多的控制信号，但是各被控器只要把与自己的地址相同的控制信号从总线上取下来，并进行识别和处理，得到相应的控制信号，就可以实现相应的控制。

　　2.6 I2C总线系统与外部电路的连接方式

　　I2C总线系统的外部电路结构简单，它与被控电路之间的连接方式有直接式和隔离式两种。

　　(1)直接式I2C总线

　　直接式I2C总线是指被控集成电路直接或通过电阻挂在I2C总线上，其电路工作原理图如图4所示。因为CPU的I2C总线输出端口内部电路形式为集电极开路(或漏极开路)形式，所以在CPU的I2C总线输出端必须通过上拉电阻R接+5V电源，为CPU的I2C总线输出端口的内部电路供电。图4中的电阻R为隔离电阻，C为抗干扰电容，主要是为了提高I2C总线上数据传输的可靠性，防止误动作进人维修状态和防止由于外部干扰信号改变I2C总线数据。稳压管VS是为了防止外部高电压损坏CPU的I2C总线输出端的内部电路。

　　图4 直接式I2C总线工作原理图

　　(2)隔离式I2C总线

　　隔离式I2C总线是指CPU引出的总线通过隔离器与被控集成电路相连接。隔离器一般由晶体管组成，其电路工作原理图如图5所示。这种电路的优点是CPU与被控集成电路被晶体管隔离器隔离开，当被控对象发生故障使I2C总线上电压升高时，晶体管会截止，从而保护CPU不被高电压冲击而损坏。

　　图5 隔离式I2C总线工作原理图2.7 I2C总线系统与外部电路的有关引脚

　　(1)CPU与I2C有关的引脚

　　采用I2C的CPU除了设置SCL串行时钟线引脚和SDA串行数据线引脚外，一般还设置了便于工厂生产线调试使用的I2C通/关闭控制引脚。当CPU的I2C通/关闭控制引脚接规定电平时，CPU便将I2C总线的控制权交给了生产线调试计算机，此时CPU不能通过I2C所挂接的电路进行控制。

　　在电路图上，I2C通/关闭控制引脚常用Bus OFF(总线关闭)、Service(维修)、EXT BUS(外部总线)、TEST(测试)、FACTORY(工厂)来表示。图6所示为I2C通/断控制工作原理图。例如CPU的第36引脚EXT BUS为I2C通/关闭控制端，正常工作时，CPU的第36引脚为高电平。接插件BC为生产调试时CPU的I2C外部计算机的连接插口，生产调试时，生产线计算机通过BC与此CPU相连，BC④引脚接地，使CPU的第36引脚EXT BUS变为低电平，CPU的I2C总线42、43引脚停止输出。电器的I2C系统由外部计算机接管。

　　图6 I2C通/断开控制工作原理图