申矽凌I2C开关芯片产品系列介绍

背景介绍

I2C总线具有功耗低、抗扰强、走线少、没有严格的波特率要求等特点，常被用于外设的通信接口。典型的外设包括温度传感器、湿度传感器、电流检测器、环境光传感器、光模块、GPIO扩展芯片等。

随着系统智能化的提升，越来越多的传感器和执行器被集成到系统中，同时也引入了新的问题：例如多个同型号传感器具有相同的固定I2C地址，造成地址冲突；例如系统挂载器件过多，超过系统电容带载能力造成系统降速；例如主控芯片和多个外设之间，工作于不同的电压域，需要进行电平转换。

申矽凌的I2C开关解决方案，可以支持将系统分割为最多8个I2C子网络，可有效的解决上述问题。

产品概述

以较为流行的申矽凌4路I2C开关芯片申矽凌CA9545为例介绍此类芯片。

CA9545的控制寄存器主要由两部分构成，分别为中断状态位和通道选择位。

通道选择位主要用来选通或者关闭对应的I2C通道。

I2C开关可细分为Switch和MUX两种类型，前者支持任意路同时选通，后者同一时间仅支持单路选通。CA9545属于Switch型I2C开关。针对Switch类产品，对应位清0，则相应的I2C端口关闭，置1为开启。任意通道可以独立开启或关闭，实现多种通道组合工作。针对MUX类产品（例如CA9544)，多个子通道在同一时间内，有且仅有一个子通道与主通道连通。此特性通常被用于解决器件I2C地址冲突问题，即将地址相同的器件置于不同的子通道内，则主机同一时间只能看到其中一个器件，不会产生地址冲突。

表1 开关类（Switch）通道选通方式(CA9545)

表2 多选一类选通器（MUX）通道选通方式（CA9544）

中断状态位体现了对应的端口的中断情况，被置1代表了对应的端口发生了中断事件。

表3 中断

针对有大量I2C端口需求的系统，单颗CA9545可能无法满足需求。工程师可通过并联多颗CA9545实现扩容。CA9545有2个地址设置管脚A1和A0，同个系统内，最多可容纳4个（=22）不同I2C地址的CA9545同时工作，即扩展出最多16个（=4X4）I/O端口。工程师也可选用两颗八通道的CA9548来满足系统设计要求。

图1 四路I2C开关芯片CA9545内部架构图

图2 八通道I2C开关芯片CA9548典型电路图（各子网络电平不同）

图3  四通道I2C开关芯片CA9545典型电路图

图4 双通道I2C开关芯片CA9543典型电路图

图5 I2C双主设备选择器CA9641典型电路图

I2C开关芯片主要特性（以四路扩展芯片CA9545为例）：

• 工作电压范围 1.65V到5.5V

• 低待机电流 1.5微安

• 5.5V耐压，可支持1.8/3.3/5V端口

• 支持四路I2C开关切换

• 四路I2C开关中的每路开关均由软件寄存器控制，可独立打开或任意组合打开

• 带reset管脚，低有效

• SMbus/I2C通信接口

• 高达1兆赫兹通信速率

• 两根地址选择管脚 A1A0，同一系统内支持最多4颗CA9545同时工作

• 支持热拔插

• 支持中断，低有效

• 支持多种常用封装

• 额定工作温度范围为-40摄氏度到85摄氏度

I/O扩展芯片主要应用场景：

• 路由器

• 汽车

• 工业自动化

• 存在地址冲突的场景

• 存在需要进行负载电容切割的场景

申矽凌可提供二、四、八路I2C开关或多路选通器产品，支持各端口工作在不同的电压域，提供复位、中断等功能选项。申矽凌的I2C开关提供丰富的封装选择和符合行业标准的引脚排布，可实现通用型号的无感替代。具体产品全家福如下：

产品封装

QFN4X4-24

QFN4X4-16

SOP-14

TSSOP-16

技术支持

 提供华南区（深圳）FAE技术支持

 提供华北区（北京）FAE技术支持

 提供华东区（上海）FAE技术支持

关于申矽凌

上海申矽凌微电子科技有限公司是一家专注于传感器芯片及混合信号芯片的高质量高性能半导体设计公司。自2015年成立以来，公司已成功研发并量产300多款具有完全自主知识产权、富有竞争力的芯片。产品广泛应用于工业、汽车、通讯及消费电子等领域。

申矽凌致力于把创新的传感器技术与成熟的集成电路工艺相结合，以“感知世界，芯向未来，助力安全、智能、环保新生活”为使命，立足中国、服务全球，为客户提供更高性价比的产品和服务。