СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2011-6

38 / 82

редатчик, а ведомый – в режиме ведо
мый приёмник.
При чтении из ведомого устройства
ведущийпоочерёднопринимает байты
данных от ведомого и в ответ на каж
дый принятый байт, кроме последне
го, отсылает бит подтверждения ACK
(рис. 3). В этом случае ведущий работа
ет в режиме ведущий приёмник, а ведо
мый – в режиме ведомый передатчик.
Для завершения процедуры обмена
ведущий формирует на шине состоя
ние СТОП. Если ведущий хочет сохра
нить контроль над шиной для выпол
нения последующих пересылок, то
вместо состояния СТОП он может сра
зу же сформировать состояние СТАРТ.
При записи в ведомое устройство ве
дущий большуючасть времени работа
ет в режиме передачи, переключаясь в
режим приёма только для получения
подтверждений от ведомого.
При чтении из ведомого устройства
ведущий сначала работает в режиме пе
редачи, а после отсылки ведомому за
проса на чтение (бит R/W= 1) переклю
чается в режим приёма. Соответствен
но, ведомыйдо завершения транзакции
работает в противоположном режиме.
Обратите внимание, что ведущий за
вершаетпроцедуручтения, неподтверж
дая последний принятый байт (отсы
лая ведомому в ответ бит NACK). Эта
операция сбрасывает конечный авто
мат контроллера шины I2C ведомого
устройства, позволяя ведущему сфор
мировать на шине состояние СТОП.
РЕАЛИЗАЦИЯ ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ
РАЗВЯЗКИ
Дляразвязкисигнальнойлиниишины
I2C с использованием стандартной мик
росхемы цифрового изолятора необхо
диморазделитьполудуплекснуюлинию
наотдельныетрактыпередачииприёма
ипреобразоватьспомощьюдиодовШот
ткидвухтактныевыходыизолятораввы
ходы с открытым коллектором (рис. 4).
Чтобы предотвратить проникновение
передаваемогосигналаобратновисточ
ник, в схеме был реализован компара
тор,определяющийнаправлениепереда
чи сигнала и включающий соответству
ющий сигнальный тракт.
Функцию компаратора выполняет
узел на транзисторе Q1. Поскольку ос
новным уровнемпереключения наши
не I2C является низкий уровень, на базу
Q1 подаётся такое смещение, чтобы
транзистор открывался при появлении
низкого уровня на выходе SDA1 и оста
валсяв закрытомсостоянииприпоявле
нии низкого уровня на линии SDA2. Ве
личина смещения задаётся делителем
на резисторах R3 и R2 (диод D3 пред
назначендля термокомпенсации). Что
бы исключить открытие транзистора
Q1 при появлении низкого уровня на
выходе SDA2, в схеме присутствует ре
зисторR1, падениенапряженияна кото
ром при открытом диоде D1 увеличи
вает потенциал эмиттера V E и уменьша
етнапряжение база–эмиттердо уровня,
которыйменьшеминимальногонапря
жения открытия транзистора. Необхо
димо только следить, чтобы величина
VE не превысила минимального значе
ния входного напряжения высокого
уровня линии SDA1, которое, согласно
спецификации I 2C, равно VIHmin = 0,3VCC.
Итак, при появлении на линии SDA2
низкогоуровняэтотуровеньтранслиру
ется в направлении приёма и вызывает
увеличение напряжения на линии SDA1
до величины, достаточной для блокиро
ваниятранзистораQ1, нонепревышаю
щейзначения VIHmin. Тоестьнавходе I2C
устройствапоявляетсякорректныйниз
кий уровень. В то же время резистор R4
формирует на входе изолятора тракта
передачивысокийуровень,которыйпре
пятствует открытию диода D2. После
освобождения линии SDA2 и появления
нанейпотенциала VCC2 тоже самоепро
исходит и с линией SDA1 через некото
роевремя, определяемоезадержкойпро
хождения сигнала через изолятор. При
управленииизоляторомсостороныши
ны (SDA2) задержки в распространении
сигнала как для спадающего, так и для
нарастающего фронта определяются,
главнымобразом,толькозадержкойпро
хождения сигнала через изолятор.
Вобратномнаправлении, привыстав
лении низкого уровня на линию SDA1,
соответствующеемаксимальное выход
ное напряжение низкого уровня VOLmax
будет намного меньше напряжения VE,
что приведёт к открытию транзистора
Q1. Сигналнизкого уровня, проходя че
рез изолятор, смещает диод D2 в пря
мом направлении, в результате чего на
линии SDA2 также появляется низкий
уровень. Однакоприосвобождениили
нии SDA1 напряжение на ней не может
сразу же подняться до уровня VCC1 из за
того, что на линии SDA2 всё еще прису
тствует низкий уровень. Вместо этого
напряжениеналинииSDA1сначала уве
личивается до уровня V E, обеспечиваю
щего закрытие транзистора Q1, и оста
ётся на данном уровне до тех пор, пока
закрытый транзистор Q1 не позволит
резистору R4 сформировать на входе
изолятора высокий логический уро
вень, в результате чего закроется диод
D1иосвободится линия SDA2. Итолько
после этогонапряжениена линииSDA1
станет равным VCC1.
При управлении изолятором со сто
роны устройства (SDA1) схема ком
паратора вносит дополнительные за
держки в распространение сигнала для
обоих фронтов.
На рис. 5 приведена окончательная
схема развязки, пригодная для подавля
ющего большинства приложений, в ко
торых единственное ведущее устрой
ство изолируется от шины ведомых. В
этом случае двунаправленной является
только линия SDA, а линия SCL работает
водномнаправлении. Длясистемыснес
колькими ведущими, в которой обе ли
нии шины являются двунаправленны
ми, можно использовать микросхему
изолятора ISO7242M, подключивлинию
SCL по тойже схеме, что и линиюSDA.
Типовые задержки распространения
сигнала приведены в таблице (изме
рены при незначительной ёмкостной
нагрузке на линиях SDA1 и SDA2). За
метьте, что при малых значениях на
пряжения питания может потребо
ваться установка дополнительного
фильтрующего конденсатора ёмкос
тью 10 пФ для предотвращения лож
ных срабатываний внутренней логики
изолятора из за переходных процес
сов, возникающих при переключении
транзистора Q1. Кроме того, можно
уменьшить задержки распространения
сигнала, подключив конденсатор па
раллельно верхнему резистору базо
вого делителя для ускорения инжек
ции заряда в базу транзистора Q1.
ЛИТЕРАТУРА
1. .
2.
3.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
38 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2011
Задержки распространения сигнала
От SDA1 к SDA2 От SDA2 к SDA1
Условия
Нарастающий фронт, нс Спадающий фронт, нс Нарастающий фронт, нс Спадающий фронт, нс
121 124 113 82 Без конденсаторов
136 140 113 82 10 пФ
103 136 113 82 10 пФ + 1 нФ
86 140 113 82 1 нФ
© СТА-ПРЕСС