I2C总线规范：混合速度模式与HS模式详解

本文档主要介绍了I2C串行总线系统的工作原理和不同速度模式的交互，特别是混合速度模式的应用。I2C总线是一种由Philips（现NXP半导体）开发的简单、高效的两线接口，常用于微控制器与各种外围设备之间的通信。 在I2C总线中，有两种主要的传输模式：标准模式和快速模式，后来又增加了Hs（高速）模式。高速模式提供了更高的数据传输速率，可达3.4Mbit/s，但同时也需要考虑与标准和快速模式设备的兼容性。 在13.4章节中，讨论了如何在低速模式下使用高速模式设备。Hs模式的器件可以连接到一个F/S（快速/标准）模式的I2C总线系统，并且在这样的配置下，Hs模式的主机会切换到F/S模式，关闭其电流源，以F/S模式速度进行通信。Hs模式设备的SDAH和SCLH引脚用于连接到F/S模式的总线，允许在不同速度下操作。 13.5章节讲述了混合速度模式的实现，即在一个系统中结合了Hs模式、快速模式和标准模式的设备。通过电桥电路可以在不同的设备之间切换不同的位速率，同时实现电源电压不匹配的设备之间的互连。电桥包含了电平转换功能，允许不同电压的器件通信。电桥受串行信号SDAH、SCLH、SDA和SCL的控制，能在需要的时候连接或断开高速模式和快速/标准模式部分。在Hs模式传输中，电桥会隔离高速模式的设备，使得它们可以以3.4Mbit/s的速度通信，而不会干扰到F/S模式设备。 电桥中的TR1、TR2和TR3是N通道晶体管，其中TR1和TR2具有传输门功能，TR3则作为开漏下拉级。当晶体管导通时，它们可以在两个方向上传输低电平，而在高电平状态下，它们可以充当电平转换器。这样，电桥就能确保在不同速度下的正确数据传输。 表3列出了这种系统可能的通信速度，包括Hs模式和F/S模式下的不同速率组合，从而提供了一个灵活的多速度环境，适应不同性能需求的设备。 I2C总线系统通过精心设计的协议和硬件结构，实现了不同速度等级设备之间的高效、可靠通信，这对于嵌入式系统的设计者来说是一个极具价值的工具。通过理解和应用这些概念，设计者能够构建出适应性强、扩展性好的电子系统。