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[参考译文] LSF0102:在100kHz I2C 运行时的最大电缆距离

Guru**** 1159940 points
Other Parts Discussed in Thread: TCA9517-Q1, TCA9416, LSF0108, LSF0102, P82B96, TCA9803, TCA9617B, TXS0102, TCA9800, 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/logic-group/logic/f/logic-forum/1254979/lsf0102-maximum-cable-distance-at-100khz-i2c-operation

器件型号:LSF0102
主题中讨论的其他器件:LSF0108P82B96TCA9803TCA9617B、TXS0102TCA9800、TCA9517、TCA9517-Q1 、TCA9416

您好!

我正在设计一个 FMC 板、用于两个主板之间的通信。 FMC 板将连接到主板和从板、两个 FMC 将通过 Cat5以太网电缆连接。  预计主机将控制2个不同的 I2C 对(SCL1-SDA1、SCL2-SDA2)。 由于 P82B96的 VOL 不兼容问题、我被迫使用 lsf0102/lsf0104/lsf0108在主板和从板之间进行可配置的电压电平转换。 两块电路板之间的距离约为10米。 数据表中指出 LSF 系列可用于"在50 pF 容性负载下进行40 MHz 升压或降压转换"。 我想问、最大容性负载值是否会随着100kHz I2C 等较低时钟速率而变化。 如果是、您能否提供有关预期值的信息 、以便我尝试确定可以通过 Cat5以太网电缆传输信号的最大距离。 我知道、10米远。 根据 LSF 系列实现的最大距离、我计划  在两个 FMC 之间设计一个中间中继器板。  

塞利姆

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    速度受 R-C 低通滤波器的限制、该滤波器由上拉电阻器和布线/电缆电容构成。 (I²C Ω 规格将上拉电流限制到3 mA、将总电容限制到400 pF。)

    由于 LSF 是无源开关、因此它不会影响该计算。

    我认为10m 太长了、您需要 I²C μ m 缓冲器、如 TCA9803或 TCA9617B。

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    您好、Clemens:

    非常感谢您的回答。  

    我为我的设计提供了 LSF 系列和 P82B96。 如前所述、P82B96的 Sx、Sy 上的 VOL 对我的限制、因为我需要从1.5V 转换到1.5/1.8./2.5/3.3/5V 中的任何一个。  

    您是否认为将 LSF0102与 P82B96一起使用可以如下图中所示?  

    请求、

    塞利姆  

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    LSF 是无源开关、因此它不会更改 P82B96的 VOL。 只使用 LSF010x 和 P82B96、您就无法解决这个问题。

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    我知道 P82B96的 VOL 不会改变。 我假设 LSF0102的 VIL 约为 Vccx0.3、当 Vcc 为5V (生成1.5V VIL)时、该图可以正常工作。 但您完全正确、这款芯片不提供这种级别。 我选择了 TXS0102作为替代方法、但它似乎 VIL 最大值为0.15V、这远低于该值。  
    是否有其他电平转换器可与 P82B96搭配使用以解决 VOL 问题?  
    谢谢。

    塞利姆  

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    LSF 和 TXS 都没有开关阈值。 请参阅 [常见问题解答]为什么 TXS01xx VIH/VIL 规格如此严格?

    要更改 VOL、您需要一个 I²C 缓冲器。 点击这里搜索: ti.com/interface/i2c/level-shifters-buffers-and-hubs/products.html#2192=Buffer。但请注意、有关失调电压或上拉电阻器的所有缓冲器。

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    再次感谢大家。 正如您所建议的那样、TCA9617B 似乎是我们案例中的最佳解决方案。

    就像在10米以内工作时作为替代解决方案一样、您是否认为在主从两侧仅使用 LSF0102并通过短电缆使用额外的中间缓冲板、如下图所示、以预期的方式使用 LSF0102一样?  

    我们要确保所有 LSF0102的 VrefB 始终高于 VrefA。 首先、来自板1的1.5V 低速(大约10kHz) I2C 信号会转换为5V。这些信号通过 Cat5电缆发送到中间板(或多个、具体取决于可实现的电缆距离)、并通过从5V 至5V 的转换、由 LSF0102进行缓冲。 这些信号通过 Cat5电缆发送到电路板2、并通过另一个 LSF0102转换为所需的电压。   

    此致、

    塞利姆

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    LSF 不是缓冲器、而是无源开关。 由于开关的导通电阻、插入 LSF 会使 VOL 稍差。

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    好的。 我看到 LSF 系列不适合这个应用。

    最好的方法似乎是  TCA9617B。

    此致、

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    嘿、Selim、

    如果需要额外的缓冲器、可以级联 TCA617B 以进一步分离与10m 电缆相关的电容。 请注意、只要 A 侧连接到 B 侧(不能将 B 侧连接到第二个器件的 B 侧)、此方法就可以工作。 有关此实现的更多信息、请参阅第9.2.3节。

    此致、

    插孔  

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    您好、Jack、

    感谢您提供更多信息。

    我认为无法使用 B 侧到 B 侧的限制是 B 侧的 VOL 和 VIL 之间的 VOL 不兼容造成的。

    发生这种情况时、我们的应用将无法在 B 侧转换低于2.2V 的电压电平、因为 B 侧可以从2.2V 转换至5.5V。

    是否有任何像 TCA9617B 这样在 B 端提供较低级别转换的其他产品?

    谢谢

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    大多数 I²C Ω 缓冲器具有这样一个电压偏移。

    有 I²C Ω 缓冲器具有不同的机制、即 TCA9800/1/2/3、但是它们在5V 时不工作(并具有其他限制)。

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    您好、Clemens:

    我有以下解决方案使我能够以5V 的电压承载信号、以获得更强的抗噪能力、并在两端提供所需的电平转换。 你认为这是可行的吗? 当 TCA9517/9617级联时、它们会看到彼此的 B 侧、但会在一端看到 A 侧。 当 A 端彼此看到时、VOL 和 VIL 电平看起来是兼容的。  

    此致

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    此外、我具有以下配置、该配置能够以3.3V 电压发送信号、但可以减少使用的 IC 数量。 我们的 I2C 时钟频率非常低、甚至可以在1kHz 下运行。 您能否分享您对以下哪一个分享的图是最佳的想法?

    此致、

    塞利姆  

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    两种图表都不起作用、因为 TCA9517需要 VCCA≤VCCB。 (在第一个图中、不需要 TCA980x。)

    请注意、TCA980x 的 B 侧不能连接到任何其他 TCA980x 的 B 侧、不能连接到具有电压失调的端口(例如 TCA9517的 B 侧)或作为无源开关(TXS、LSF、I²C Ω 多路复用器)的电压转换器。

    唯一支持1.5V 至5V 之间所有电压且没有 VCCA≤VCCB 限制的缓冲器是 TCA9517-Q1。 如第二个图所示在电路板2上使用该器件、并如第二个图所示在电路板1上使用 TCA980x、但更换 A 侧和 B 侧。 如果您无法从主板上移除上拉电阻、那么我没有看到任何解决方案。

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    再次感谢

    1) 1)我在第一张图中使用 TCA980x 的原因是、板1和板2都具有所有所需电压(1.65V/1.8V/2.5V/3.3V)、因为   两侧 TCA9517的一次性使用 在 B 侧不提供1.65V 和1.8V 的输出。 如您所建议的、使用 TCA9517-Q1可以克服这一问题。 那么配置将如下:

    2)但是,使用建议的配置,我不能通过以太网电缆传输5V 的信号。 TCA980x 在 SCL SDA 上提供最大3.6V 的电压、而 TCA9517可达到5.5V。 为了能够以5V 的电压传输信号、考虑到来自每个器件侧面的 VOL、VIL 问题、准备了以下配置。 由于 TCA908x 不需要任何 VCCA-VCCB 关系、因此我希望此配置可以正常工作。  

    上面的两张图在不同的端使用不同的 IC (第1张图)或使用相同 IC 的不同配置(图2)。 在图2中、以太网电缆从一端看到 TCA9517的 A 侧、从另一端看到图的 B 侧。 因此很难将其标准化以用于一般目的。

    3)作为最后的图表,因为我们希望在板1和板2上有完全相同的配置,以标准化此配置,以防我们将其用作模块,以在任何板上即插即用。 然后、我提出以下配置、使我能够通过 TCA9517-Q1承载5V 的信号、并在两个电路板上通过 TCA980x 的 B 侧使用1.65V/1.8V/2.5V 和3.3V 电平。 在此配置中、TCA9517-Q1的各侧可以看到对方。 这会产生任何问题吗?我查看了数据表、VOL VIL 电平看起来兼容。 您认为这种配置是否可行?  

    如果我们设法以3.3V 电压承载信号、则可以排除 TCA9517-Q1、并在板1和板2上使用 TCA980x、同时添加额外的中间缓冲板。 明白了吗? 是否允许在短 距离情况下通过电缆连接 TCA980x 的一侧?

    非常感谢。

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    TCA980x 和 TCA9517的 A 侧是正常 μ I²C 端口、没有限制。

    (我怀疑增加额外缓冲器以在电缆上提供5V 电压会有很大的改进。)

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    但图3中的配置会按预期工作吗? 另外、图1和2上的其他配置是因为没有 B 侧彼此面对 VVCA-VCCB 问题。

    基于您的怀疑、您认为移除 TCA9517-Q1并仅使用 TCA980x 是否更可靠、如下所示:

    此致、

    塞利姆  

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    是的、图3和最后一个图都可以。

    我认为使用5V 并不会降低它的可靠性(尽管额外的缓冲器会增加传播延迟)、但它只是不需要。

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    非常感谢您抽出宝贵的时间提供相关信息。

    为了在 B 侧获得高于1.65V 的电压、是否可以使用 TCA9416而不是 TCA980x? 我想这会降低在长电缆上运行的几率、因为 TCA9416只是一个没有缓冲选项的转换器吗? 我对吗?

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    正确;TCA9416是一个具有集成上拉电阻器的无源开关。