I2C总线：标准与快速模式器件详解

本章节详细讨论了标准和快速模式在I2C总线器件中的应用，它是《算法导论》中文第三版中关于I2C通信协议的深入部分。I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种简单的、两线制的串行通信接口，广泛用于微控制器和其他设备之间的数据交换。 1. **标准和快速模式器件**： 标准模式I2C支持100kbit/s的数据传输速率，而快速模式则提升到了400kbit/s，这是通过优化时序参数来实现的。器件在这些模式下应能处理相应的位速率，或者通过时钟同步技术降低速率以适应更严格的时序要求。 2. **I/O级特性**： 标准模式和快速模式的I2C器件具有不同的I/O电平特性，包括低电平输入电压（VIL）、高电平输入电压（VIH）、固定输入电平、Schmitt触发器输入迟滞等。这些特性对器件的电磁兼容性和信号完整性至关重要，以确保正确的数据传输。 3. **时序规定**： SCL（Serial Clock Line）时钟信号的周期决定了数据传输速率，其最低高电平和低电平持续时间对于总线的噪声容限有直接影响。时序图表如图31展示了I2C总线的具体时序规范，包括SCL信号的上升时间和下降时间。 4. **电气规范**： I2C总线的线路电容范围广，从10pF到400pF，不同模式下的器件对信号衰减时间（tof）有不同的要求。输入滤波器需要能够抑制毛刺脉宽，以防止数据传输错误。 5. **模式转换与兼容性**： 提及了从标准模式到快速模式、Hs模式的切换，以及在低速模式中快速模式器件的使用，以及混合速度总线系统中不同模式之间的协同工作。此外，章节还讨论了广播呼叫地址、10位寻址格式和I2C总线器件间的电平转换器。 6. **电气连接与应用信息**： 对于器件与总线线路的连接，包括电阻参数的规定，如Rp和RS的最大和最小值，以及针对快速模式和Hs模式器件的特殊设计，如斜率控制输出级、开关上拉电路、线路布线方法和电阻设置。 这一章节提供了I2C总线在标准和快速模式下操作的深入解析，对于理解如何设计和优化I2C通信系统，以及确保其在各种条件下的可靠性能，具有重要的参考价值。