2線總線上升時(shí)間加速電路

1 引言

包含2線總線(例如：I2C或SMBus)的應(yīng)用需要在上升時(shí)間、電源損耗、噪聲抑制等參數(shù)之間做出折衷。漏極開路總線從低電平跳變到高電平的上升時(shí)間是由上拉電阻和總線電容決定的。因此，在增加外設(shè)、布線長(zhǎng)度和連接器時(shí)，很難保持干凈快速的上升沿。為了解決上升時(shí)間問(wèn)題，提出了一種上升時(shí)間加速電路，用一種簡(jiǎn)單方式加速上升沿，提高噪聲抑制并降低功耗。

2 電路描述

在某些2線總線應(yīng)用中，選擇適當(dāng)?shù)纳侠娮杓纯商峁┳銐蚩斓纳仙龝r(shí)間，并在可接受的功耗下獲得良好的噪聲抑制。但是，對(duì)于總線電容較高的大型系統(tǒng)或者是功率受限的便攜系統(tǒng)，可能需要有源電路為漏極開路信號(hào)提供更短的上升時(shí)間。
圖1給出了利用MAX3373設(shè)計(jì)的上升時(shí)間加速電路，有助于提高噪聲抑制并保持最底功耗。這里利用了MAX3373低壓電平轉(zhuǎn)換器的上升時(shí)間加速功能，而非電平轉(zhuǎn)換功能。當(dāng)MAX3373檢測(cè)到某個(gè)I／0引腳的電壓升高時(shí)，將在短時(shí)間內(nèi)打開內(nèi)部強(qiáng)上拉電路(pFET管)，快速對(duì)總線寄生電容充電。經(jīng)過(guò)很短的時(shí)間，加速電路關(guān)閉，僅由內(nèi)部10 kΩ上拉電阻保持邏輯高電平。

3 性能評(píng)估

圖2所示的電路用于測(cè)試MAX3373作為上升時(shí)間加速器的性能，其中，分立漏極開路FET同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)獨(dú)立線路。通道1由MAX3373加速，通道2簡(jiǎn)單地由上拉電阻和寄生電容端連接(兩條線路具有相同電容C)。MAX3373的等效上拉電阻僅為5 kΩ，其輸入端和輸出端(I／O VCC和I／O VL引腳)包含10 kΩ內(nèi)部上拉電阻。圖3和圖4所示分別給出110 pF電容和I2C總線最大允許電容400 pF時(shí)的結(jié)果。注意圖中時(shí)間刻度不同。

通過(guò)測(cè)試2線總線的常用時(shí)鐘速率100 kHz和400 kHz，可以看出MAX3373所具備的優(yōu)勢(shì)。100 kHz時(shí)鐘對(duì)應(yīng)周期為10μs，而高電平僅僅為5μs。這樣，110 pF電容和5 kΩ上拉電阻的上升時(shí)問(wèn)約1．25μs，僅占周期的12％。在這種條件下，不需要加速上升時(shí)間就能得到所期望的指標(biāo)。

寄生電容為400 pF時(shí)，上升時(shí)間約4μs，占空比40％，這些對(duì)于多數(shù)100 kHz系統(tǒng)是不可接受的。在400 pF系統(tǒng)中使片MAX3373，上升到最大值為90％的時(shí)間可以達(dá)到500 ns，僅僅為lOμs周期的5％。
對(duì)于400 kHz總線，其周期為2．5μs，高電平為1．25μs，上述條件中的5 kΩ電阻和110 pF電容可提供1．25μs的上升時(shí)間，占空比為50％，通常無(wú)法接受這樣的上升時(shí)間；將電容加大至400 pF，上升時(shí)間將達(dá)到5μs，即時(shí)鐘周期的2倍，這對(duì)于系統(tǒng)來(lái)說(shuō)完全不可接受。使用MAX3373電路，在110 pF負(fù)載電容下上升到最大值90％的時(shí)間約為250 ns，僅為2．5μs周期的10％；400 pF負(fù)載電容下，上升時(shí)間僅為500 ns，占空比為20％。

4 結(jié)束語(yǔ)

使用MAX3373作為上升時(shí)間加速器是解決2線總線上升時(shí)間與時(shí)鐘問(wèn)題的方法之一。在某些情況下，一般可以簡(jiǎn)單地通過(guò)降低上拉電阻來(lái)加速上升時(shí)間，而且MAX3373提供了一種簡(jiǎn)單的加速上升時(shí)間的方法，有助于提高噪聲抑制，并使功耗最低。