Neden I2C pull-up rezistörleri ile çalışmak için tasarlandı ve pull-down'ları değil?

I2C'de, SCL ve SDA hatlarının pull-up dirençleri kullandığını ve pin sürücülerinin pinleri zemine sürdürebilen açık kollektör NPN cihazları olduğunu biliyorum. Bu, I2C'ye aynı veri yolunun şimdi birden fazla köle ile paylaşılabilmesi ve iki veya daha fazla kölenin yanlışlıkla aynı anda otobüsü sürmeye çalışmasına rağmen, sisteme zarar vermeyeceği bir avantaj sağlar.

Ancak bu, PNP açık tahliye sürücüleri ve SDA ve SCL hatlarındaki çekme dirençleri kullanılarak da yapılabilir . Bununla saat uzatma ve çok ana tahkim gibi şeylere de ulaşılabilir.

I2C protokolünün şu anki uygulaması yukarıda önerilen alternatif uygulamaya göre herhangi bir fayda sağlıyor mu?

Elektriksel olarak anlamlıdır çünkü toprak, IIC veriyolundaki tüm cihazlara ortak bir bağlantıdır. Bu, hatları yüksek sürdüyse ve sürtünmelerden aşağı kayarsa gerekli olacak şekilde, tüm IIC cihazlarıyla ortak bağlantı olmaya zorlama gücünden çok daha az bir kısıtlamadır.

IIC cihazlarının hepsinin aynı ağdan veya aynı voltajdan beslenmesine gerek olmadığını unutmayın. Her iki veri yolu hattının tek ortak güç voltajına sürülmesi gerektiğinde bu doğru olmaz.

Eski güzel günlerde, TTL sürücüleri bir sinyali aşağı çekmek yerine yukarı çekmekten çok daha iyiydi. Bu nedenle, I2C gibi protokoller, fakat aynı zamanda kesme hatları, sıfırlama ve diğerleri gibi protokollerin tümü, dağıtılmış açılır pencereli bir çekme işlemi kullanılarak gerçekleştirildi.

Topraklamayı, değişken besleme gerilimi olabilecek alt sistemler arasında ortak bir referans olarak kullanmak daha kolaydır. Bir besleme voltajına kadar çekmek için PNP transistörleri kullanırsanız, tüm alt sistemler aynı kaynağa bağlanmalıdır.

Burada iyi cevaplar var, ama başka bir neden daha var.

Otobüsün sakin durumu zeminde ise, otobüsün bağlı olup olmadığını veya uzayda asılı olup olmadığını söylemenin bir yolu yoktur.

Çıkarma işleminin ana cihazda bulunması normaldir. Köleler genellikle bir çekme hakkına sahip değildir. Bunun nedeni, düşük seviyeye sahip olmak için gerekli olan çekme akımının veri yoluna bağlı cihazların sayısı ile artacağıdır.

Otobüse takıldığında bir köle, hattın yüksek olduğunu algılar (kullanılmadığı varsayılarak) ve otobüsün aslında orada ve sessiz olduğunu bilir. Zemin önyargılı bir otobüsle durum böyle olmaz.

Soruyu doğru anlarsam bir yönü:

• Neden çekme dirençleri ve PNP transistörleri yerine çekme dirençleri ve NPN transistörleri kullanıyorsunuz?

Öncelikle, iki kutuplu transistörleri (NPN, PNP) değil, MOSFET'leri (dört farklı değişkende var) kullandığınızı unutmayın.

" Pull-up ve NPN " türevini kullanan aygıtlar, n kanallı bir donanım MOSFET kullanır. Bu MOSFET'in kaynağı toprağa bağlı olduğundan, kapı kaynağı voltajı (akım akışını kontrol eden) kapı ve toprak arasındaki voltajla aynıdır. Böylece MOSFET, 0 ile Vdd arasındaki bir voltaj kullanılarak kontrol edilebilir.

" Aşağı açılır ve PNP " varyantını uygulamak için üç olasılık olacaktır :

• Bir p kanalı geliştirme MOSFET kullanma

  NMOS veya CMOS IC p-kanalında karşılaştırılabilir özelliklere (direnç vb.) Sahip MOSFET'ler n-kanallı MOSFETS'den daha fazla alan gerektirir.

  Mikroelektronikte uzay paradır, bu nedenle eğer mümkünse p-kanal MOSFET'lerden kaçınılır.

• Bir kullanma N-kanal MOSFET

  Bu, transistörü çalıştıran mantık devresinin çıkışının, besleme voltajının "DÜŞÜK" voltajına (örn. + 5V) ve besleme voltajının üstünde "YÜKSEK" voltajına (örneğin, devrenin geri kalanı sağlandığında + 10V) sahip olmasını gerektirir. + 5V ile).

  Sebep: MOSFET iletkenken kaynak toprak gerilimi Vdd olacaktır. Kapı kaynağı voltajı pozitif olmalıdır, bu nedenle kapı ve toprak arasındaki voltaj daha da yüksek olmalıdır.

  İki voltaj kaynağına ihtiyacınız var - ve mantık devresinin çıkışını 0 ... + 5V - + 5V ... + 10V ... arasında değiştiren bir devre

• Bir n kanal tükenmesi MOSFET kullanma

  Maalesef size bu çözüm hakkında çok fazla şey söyleyemem. Ancak Google’ı kullanarak, MOSFET’lerin tükenmesinin MOSFET’lerin geliştirilmesinden daha zor olduğunu ve bu nedenle kaçınıldıklarını söyleyen bir sayfa buldum.

  Güç elektroniğinden (mikroelektronik değil) yukarıda açıklanan "iki güç kaynağı" varyantının tükenme MOSFET'lerine göre daha fazla tercih edildiğini biliyorum. (Ama nedenini size söyleyemem.)

  EDIT n-kanal tükenmesi MOSFET'lerini kullanarak, muhtemelen negatif bir voltaja (örneğin -5V) ihtiyaç duyarsınız, böylece iki besleme voltajına da ihtiyacınız olur ...

Ayrıca, ortak bir zemin ve yukarı çekme veri hattına sahip olmanın (ortak VCC ve aşağı çekme özelliğine sahip) fazladan bir faydası daha vardır:

Orijinal niyet aynı PCB üzerindeki cihazları yalnızca birkaç inçlik aralıklarla bağlamak olsa bile, başarılı oldu, bu yüzden şu anda birkaç satır uzunluğuna sahip olmak ve bilgisayar veya eşit bir şey olabilecek "aygıtları" bağlamak nadir değildir. karmaşıklığı, bazı cihazların kendi güç kaynaklarına sahip olması (farklı kalitede, pille çalışan bir duvar prizi taktığınızı söylüyor). Bağlantının ideal olmayan şartlar altında olmasa bile "en azından iyi" olması iyi olur.

Ve bu tür bağlı cihazların çoğu bir şekilde başka yollarla, sonra sadece I2C iletişimiyle de bağlanabilir. Genellikle cihazları birbirine bağlarken common ground, bazen diğer işlevlerin bir parçası olarak, bazen sadece metal bir kasanın üzerine monte edildiğinden ve cihazlar da kasaya (veya ortak bir soğutucuyla veya benzeri bir şeyle) bağlandığından veya Topraklanmış blendajlı kablo içinde topraklanmalıdır - bu da toprakları birbirine bağlar.

Ayrıca, bu tür cihazların güç hatlarını (VCC) doğrudan bağlarsanız, bu hatların doğal olarak farklı voltajda olması durumunda sorun yaşayacaksınız (tabii ki burada ve orada 5V diyebilir, ancak güç kaynaklarının yapısına ve parça toleranslarına bağlı olarak) ayrıca 4,9V veya 5,2V olabilir veya hatta pille çalışıyorsa ve bazen bazı motorları çalıştırıyorsa, güç düşüp zamanla yükseliyorsa bile değişebilir).

Böyle bir durumda, bir A Volt güç kaynaklarının arasında etkili bir kısa devre vardır ve kaynaklara (ve yolların direncine) bağlı olarak, yalnızca enerji israfı ve ısının yükselmesiyle değil, belki de zarar görmesiyle sonuçlanan göreceli olarak yüksek akımlar akabilir. veya bu kaynaklardan bazılarının ömrünü kısaltmak). Hangisi iyi değil.

Ortak toprağa ve toplayıcılara sahip olmak bu tür problemleri önler - toprağa toprağa bağlanır ve toplanma dirençleri, VCC cihazlara göre çok fazla farklılık gösterse de, sadece gerçekten küçük çapraz akımlara izin verir.

Çip ile fazla güç göndermek zorunda değilsiniz, eğer çekilirse.

Çip hiçbir şeyi süremediğinden, otobüsü 0'a getirmek için kısa bir yol yaratıyor ve 1'e açmak için açık yapıyor.

Eğer aşağı çekildiyse, veri yolunu 1'e sürmek için çipten güç göndermek zorunda kalırsınız. Eğer otobüs kazara kısa olursa, itmek için o çip boyunca sürdüğünüz çok fazla güç olabilir. 1'e kadar.

Yasal Uyarı: Bu noktada oldukça berbat bir EE'yim.