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[参考译文] PCA9518:PCA9518的 I2C 波形异常

Guru**** 2386620 points
Other Parts Discussed in Thread: TCA9617B, PCA9518, TCA9406, TXS0102, TCA9416, TCA9517A, TCA9517
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/interface-group/interface/f/interface-forum/1490426/pca9518-i2c-waveform-abnormal-for-pca9518

器件型号:PCA9518
主题中讨论的其他器件: TCA9406TXS0102、TCA9416TCA9517A、TCA9617B、 TCA9517

工具与软件:

我们的设计的线迹非常相似、如链接的问题所示。 (https://e2e.ti.com/support/interface-group/interface/f/interface-forum/1211283/pca9518-smbus-waveform-abnormal-for-pca9518)
该问题从未在该线程中得到充分解决。   我们的设计不使用上升时间加速器。  除 ESP32总线主器件外、这些器件均为从器件、不使用时钟扩展。  下面的示波器迹线基于100kHz I2C 事务、但最放大的是我们看到问题的上升沿。  我们的 PCB 具有两条独立的 I2C 总线。  一种使用单个 PCA9518集线器、另一种使用两个通过 EXP 引脚连接、如数据表中所示。  我附上了原理图的一段摘录。



两条 I2C 树均由 ESP32-S3芯片驱动。  我们已经验证了总线是否被正确驱动、方法是断开集线器芯片并观察示波器上的 I2C 信号-上升时间下降时间、时序、序列都是正确的。

对于双集线器电路(上方左侧表)、这是我们在 SCL0/SDA0引脚上看到的情况。

上升沿的尖峰类似于间接问题中所示的问题。  该线程表明上升时间加速器可以导致该问题、但我们的设计中没有。

我们观察到的一点是、即使在没有 ENx 有效时也存在尖峰、并且会根据所置 ENx 的情况略微发生变化。

  

尖峰会在启用后通过集线器传输-这是与上方右侧图像相对应的 SCL1信号。

单集线器外壳具有类似的问题。  这显示了当所有 ENx 均置为有效时 SCL0的波形、当所有4个 ENx 均为无效时、它看起来是相同的。   该波形与数据表相对应、但在初始上升沿的微小尖峰和弛豫除外。

EN4置位时、这里是单集线器总线的 SCL0和 SCL4。  这一次、干扰没有通过器件。



是否有任何用于修复此电路的建议?

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    您好、Ian、

    看起来在上升沿期间、它在回波下降沿之前越过基座、然后最终上升至 VCC。 这看起来可能会适得其反、但您是否能够在 SCL0/SDA0侧添加外部电容? 您是否能够尝试添加类似200pF 负载的值来尝试以更慢的速度上升、从而平滑这个过冲?  

    此致、

    Tyler

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    感谢您快速回答。  我们已经在不同地方对电容器进行了一个小测试、但我将进行具体尝试并报告结果。  了解需要专注于基座本身将会有所帮助。  我们没有考虑此类 SI 问题、因为这是我们 PCB 上非常短的布线、并且没有主动向上驱动信号。

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    您好、Ian、

    我懂了。 对于这种情况以及具有较旧缓冲器电路的这种类型的缓冲器器件、短走线实际上可能适合过冲情况。  

    让我们看看额外的电容对过冲产生了什么影响、如果它使边缘变得平滑。 我想说也调节 pu 的电阻、但它们在10k 时已经非常弱。  

    此致、

    Tyler

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    您说:"对于这种情况和这种类型的缓冲器器件、具有较旧的缓冲器电路、简称为 tr。。。"
    较旧的缓冲器电路-我们是否忽略了较新的引脚兼容替换?

    Ian

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    我们使用额外的电容完成了测试。  这有一定帮助、但问题仍未解决。  我们尝试了各种组合。  (47pF、10kΩ)、(390pF、2kΩ)、(390pF、1.1kΩ)、 (220pF、4.7Ω)。  结果更好、但与220pF 和390pF 电容器基本相同。  在这种情况下、我们能够在10kHz 而不是100kHz 的频率下以很少的错误运行总线。   除了辅助集线器上的端口2外、所有功能都已启用。  启用 IT 会让情况变得更糟、但我们认为这是未来的问题、因为我们目前不需要启用 IT。

    这里是390pF、4.7kΩ、SCL1

    看起来非常缩小、但现在它是10kHz。  尽管边缘速率相同、但在100kHz 下无法正常工作。

    放大可以看到这些微小的尖峰、数据情况比时钟情况更糟。

    我是4.7kΩ。 220pF、100kHz、SCL0/SDA0

    对于矮事务、我怀疑是由某个边沿上的噪声导致的、会将额外的位计时到接收端  我们相信 SCL/SDA 主器件正常工作、因为在10kHz 下、结果看起来更合理-请参阅下文。

    at 4.7kΩ。 220pF、10kHz、SCL010kHz、大部分时间都是合理的结果。

    放大边沿时出现与上面相同的微小尖峰、因此 SCL0上的220pF 与390pF 不会有太大变化。 (无图片)

    我经常注意到的一件事是 SCL0信号永远不会变为0V。  除非集线器以某种方式与总线主控芯片对抗、否则我认为它可能会发生。  正如您提到的、总线上有轻电阻负载- 3mA 附近没有任何地方。

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    这里是100kHz、220pF、4.7kΩ。  绿色= SCL0、黄色= SCL3。

    SCL0总线就上升时间而言接近满载、但干扰仍然很可怕。 看起来驾驶员开始拉低信号、然后放弃了信号。  下拉电阻为0.5V、这很强、表明是集线器在执行下拉、而不是处理器。

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    您好、Ian、

    是否可以将容性负载添加到器件的所有通道?  

    ~200pF 至 SCL0/SDA0 - SCL4/SDA4?  

    总线连接到哪些其他器件?  

    此致。

    Tyler

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    您好、Tyler:

    我们考虑了同样的事情。  我们今天将尝试一下。

    对于连接、总线负载非常轻。  我们使用集线器来帮助进行设计重新配置、而不是减轻背板负载。  

    在主集线器上、每个通道都连接到单个 NXP PCAL6524。
    在辅助集线器上、通道1连接到 I2C UART SC16IS750、通道2通过电平转换器连接到扩展连接器-我们尚未将 PCB 插入该通道、但如果我们插入、会有一个 I2C 2kbit EEPROM

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    您好、Ian、

    我们当时正在考虑同样的问题。  我们今天将尝试一下。

    期待取得成果。

    [报价用户 id="517630" url="~/support/interface-group/interface/f/interface-forum/1490426/pca9518-i2c-waveform-abnormal-for-pca9518/5729167 #5729167"]

    对于连接、总线负载非常轻。  我们使用集线器来帮助进行设计重新配置、而不是减轻背板负载。  

    在主集线器上、每个通道都连接到单个 NXP PCAL6524。
    在辅助集线器上、通道1连接到 I2C UART SC16IS750、通道2通过电平转换器连接到扩展连接器-我们尚未将 PCB 插入该通道、但如果我们插入、会有一个 I2C 2kbit EEPROM

    [报价]

    感谢您的讲解。 这从更大的角度了解了下行总线所连接的总线。  

    我还想排除任何边沿速率加速电路、如 TXS0102 / TCA9406 / TCA9416、其中某些器件不能很好地与 PCA9518搭配使用。  

    此致、

    Tyler

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    我们 为在我们的设计中可以激活的全部6个下游通道的两个信号添加了220pF 电容器。  该图显示控制器时钟仍然凌乱、还有一个下游端口。  下游信号在上游或下游集线器上看起来相同。  没有改进。

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    您好、Ian、

    您好像尝试了我能想到的一切。 我在过去曾看到过其他客户的类似异常行为(您可以查看此设备上的其他公共 e2e、看看是否可以找到解决方案)。 过去、我通过更换 PU 和 BUS 电容来帮助一位客户、通过调整、他们可以使其在某些情况下正常工作。

    要回答有关"旧缓冲电路"的问题、此部件位于2006年开发的旧工艺节点上。 我们已经发布了 I2C 缓冲器、例如 TCA9517A/TCA9517 / TCA9617B 等、这些缓冲器在上升沿不存在这种双沿问题、新工艺、更快、更好的电压范围、一侧静态偏移。  

    如果您正在寻找 P2P 嵌入式器件、市面上有一些竞争对手器件、我曾在一个类似的用例中工作过 .

    此致、

    Tyler

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    非常有趣的是、现在我的楼宇中已经有一些 P2P 设备投入使用。  如果它们能起作用、那将会很有趣。

    我会在未来的设计中考虑其他器件、但现在我必须实现这些器件。  幸运的是、没有在生产中。  

    感谢你的帮助。

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    Ian、

    当然! 感谢您提出的所有问题、希望您能尽快找到解决方案。  

    此致、

    Tyler

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    出于完整性考虑、您应该知道 P2P 竞争对手器件解决了此问题。  我不在这里输入器件型号、但关于此器件的其他问题中提及了器件型号。

    感谢所有的帮助。