I2C总线中电平转换器的工作原理与应用

"本文档讨论了如何在I2C总线系统中连接逻辑电平不同的器件，特别是在不同电源电压环境下，通过使用双向电平转换器来实现通信。此外，还简要介绍了I2C协议的基本规范，包括其版本历史、设计者和制造商的优势，以及总线的工作原理和特性。" 在I2C总线系统中，经常遇到的问题是不同电压等级的设备之间的通信。如标题所示，"理解机器学习：从理论到算法"的这一部分专注于解决这个问题。第18.1章节提出了一个解决方案，即使用双向电平转换器来连接逻辑电平不同的器件。这种转换器允许3.3V和5V的设备在同一总线上有效通信，而不会损害低电压设备。 电平转换器的构造涉及两个独立的N通道增强型MOS-FET管，分别用于串行数据线(SDA)和串行时钟线(SCL)。MOS-FET管的门极(g)连接到高电压部分的电源(VDD1或3.3V)，源极(s)连接到低电压部分的总线，漏极(d)连接到高电压部分的总线。当MOS-FET管的VGS(门极-源极电压)超过阈值时，管子导通，从而实现电平转换。 电平转换器有三种操作状态： 1. 当没有器件拉低总线时，高电压部分的总线保持在5V，而低电压部分通过上拉电阻维持在3.3V，MOS-FET管不导通。 2. 3.3V设备拉低总线时，MOS-FET管导通，使得高电压部分的总线也被拉低，实现电平匹配。 3. 5V设备拉低总线时，MOS-FET管同样导通，低电压部分的总线被进一步拉低，保持电平一致。 I2C总线协议规范涵盖了多个版本，从1.0到2.1，以及后续的扩展，如标准模式、快速模式和Hs模式。这些规范定义了数据传输的细节，包括起始和停止条件、字节格式、仲裁机制、寻址方式和电气特性等。例如，7位地址格式用于常规的I2C通信，而10位地址则用于扩展寻址能力。此外，总线的电气规范确保了不同电压等级的设备在物理层面上的兼容性。 这个摘要提供了关于I2C总线系统中电平转换和协议规范的深入理解，这对于设计和实现跨电压平台的嵌入式系统至关重要。通过双向电平转换器，可以确保不同电源电压的设备在I2C总线上的可靠通信。同时，对I2C协议的了解有助于开发者遵循正确的通信规则，避免潜在的冲突和数据丢失问题。