【導讀】如果說有一種工程師人盡皆知的總線技術，那非I2C莫屬。I2C在微電子通信控制領域廣泛采用的一種總線標準，是同步通信的一種特殊形式，具有接口線少、控制方式簡化、器件封裝形式小、通信速率較高等優點。它是雙向總線，可以在任何IC工藝（NMOS，CMOS，雙極性）中輕松實現，并允許簡單的IC間通信。
在硬件上，I2C總線只需要一根數據線和一根時鐘線兩根線，總線接口已經集成在芯片內部，不需要特殊的接口電路，而且片上接口電路的濾波器可以濾去總線數據上的毛刺。因此I2C總線簡化了硬件電路PCB布線，降低了系統成本，提高了系統可靠性。問題來了，如果因為各種原因，I2C器件需要從你的主PCB上挪開，該注意什么？
移除I2C器件，請避免通過電纜發送單端信號
從PCB上挪開I2C器件首先要避免的是通過電纜發送單端信號，這里比較可行的做法是使用一對I2C擴展器，例如ADI公司的LTC4331，該產品是一款I2C擴展器，具備總線緩沖器系列的常見功能。使用LTC4331時需要將一個安裝在本地PCB上，另一個安裝在遠程板上，然后，在本地I2C主機和遠程I2C從機上創建連接。這里可以使用單根雙絞線實現連接，例如來自CAT的雙絞線，也可以采用RJ45連接器實現連接。
在實際應用中又會是什么狀態呢？I2C主機向遠程從機（例如其中的LTC4331）發送一個命令， 從機會接收，然后發回，完成向/從差分信號協議的轉換，但不會消耗應用資源。值得一提的是可以使用I2C總線覆蓋3/4英里及更遠的距離。
在本地，運行速率可以達到MHz，I2C主機會控制本地和遠程端的總線速度，這里的LTC 4331可以設置為按100kHz、400kHz或1MHz的速率與從機通信。下圖中未包含提醒和控制通道， 它們的狀態也通過雙線鏈路編碼和傳輸。所以，可以看出，LTC 4331對支持和中斷從遠程從機返回的信號，支持額外的控制信號。當控制信號可由引腳設置，或者可由帶I2C的寄存器和命令一起編程。
由一對LTC 4331組成的解決方案具備差分對的優點，性能也極為可靠，可以安裝在極為惡劣的環境中。LTC 4331可以承受IEC 4級ESD攻擊，還可以調節4個電氣快速瞬變，具有+/-60V容錯，這在操作人員在安裝后無法啟動，或在現場意外損壞時非常有用，比如傳輸信號和電源的電纜壓在一起。
高噪聲工業環境下的I2C設備擴展器
上面提到LTC4331是一款點對點、兼容SMBus的 I2C 從器件擴展器，專為在高噪聲工業環境中運行而設計。LTC4331采用 ±60V 故障保護差分收發器，可通過單個雙絞線差分鏈路（最長1200米）擴展 I2C/SMBus 總線，包括SMBALERT和一個控制信號。該解決方案采用擴展的共模工作范圍，可以容忍節點之間大的地面差異。對于EMI敏感環境，壓擺率控制引腳可降低差分鏈路發出的EMI。
此外，LTC4331可以充當 I2C 至 I2C 的橋接器，使本地和遠程網絡之間能擁有獨立總線頻率。該解決方案對主設備完全透明，在大多數情況下不需要額外的數字碼; 但提供了用于其他配置和故障監視的控制接口。強烈建議使用完全支持SCL時鐘拉伸的主控制器。
一個完整的擴展 I2C 網絡需要兩個 LTC4331 器件。利用REMOTE引腳，一個LTC4331被配置為本地模式，并作為一個全功能的SMBus兼容I2C從屬器件，通過這個本地接口，一個主站可以沿差分電纜對一個遠距離的從站設備進行尋址。在遠程網絡上，另一個LTC4331被配置為遠程模式的I2C 主設備，與遠程從屬設備相連。
除了LTC4331，還有一款點對點堅固型 SPI 擴展器LTC4332，這是ADI針對跨長距離的高噪聲工業環境中運行而設計。該器件采用一個 ±60V 故障保護 RS485 接口收發器，可通過兩根雙絞線電纜傳輸 SPI 數據，包括高達 2MHz 的中斷信號。差分鏈路上的擴展共模范圍和高共模抑制性能可容許節點之間存在大的地電位差異。另外，LTC4332 還支持鏈路上的外部電氣隔離。LTC4332 提供一個控制接口，該接口采用一個用于配置和故障監視的單獨從設備選擇。
結語
I2C無處不在，使得連接更容易。ADI公司的I2C解決方案系列支持熱插拔、雙線式雙向總線緩沖器，可將I/O卡插入帶電背板中，而不會損壞數據和時鐘總線。ADI的軟件可編程和引腳可選I2C多路復用器有助于解決I2C地址限制，增加扇入或扇出能力，并為一體化解決方案集成總線緩沖器和上升時間加速度計。電阻可配置I2C地址轉換器可配置超過100個獨特的從機地址，使多個具有相同地址的從器件可在同一總線上共存。
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