[发明专利]I2C总线应用的信号缘变化率控制

说明书

本申请要求2005年2月25日提交的标题为“信号缘变化率控制”的第60/656,736号临时申请的优先权。

技术领域

本发明涉及集成电路间通信(I²C)电路的信号缘变化率控制。

本发明尤其涉及为希望使用宽范围电源电压的I²C设备提供信号缘变化率控制。

背景技术

集成电路间总线，即公知的I²C(“eye-squared-see”)总线，是在系统中的集成电路之间提供通信链接的控制总线。由Philips在80年代前期开发的这种带有软件定义协议的简单双线总线已经发展成系统控制的事实上的世界范围标准，其进入了从温度传感器和电压电平转换器到EEPROM、通用I/O、A/D和D/A转换器、CODEC、和微控制器的所有种类的设备。标题为“Two-Wire Bus-SystemComprising a Clock Wire and Data Wire for Interconnecting a Numberof Stations”的Moelands等人的US专利4,689,740描述了一种计算机系统，其包括通过时钟总线和数据总线互连的许多工作站，其中所述两条线构成了由工作站在总线上生成的信号的有线逻辑功能，所述专利文件通过引用整体并入本文。

有几个原因可以解释为什么I²C总线已经存在了超过20年。首先，该总线的性能不断改进，如今提供了3个级别的数据传输率：100kbps的标准模式、400kbps的快速模式、和3.4Mbps的高速模式。新近引入的集线器、总线中继器、双向开关和多路复用器增加了该总线所能支持的设备数，使得总线的容量远超其原始的400pF的最大值。此外，软件控制的冲突检测和仲裁(机制)即使在复杂的系统中也能够避免数据劣化并确保可靠的性能。除性能之外，其使用也很方便。两条简单的线把所有芯片连接成一个系统。任何I²C设备都可连接到通用I²C总线，并且任何主设备都可与任何从设备交换数据。软件控制的寻址方案消除了对地址解码硬件的需求，并且无需设计和调试外部控制逻辑，因为其已在I²C协议中提供。

设计者只需简单地把新设备和功能加入现有总线中就能够迅速地从框图前进至最终的硬件。I²C总线还能节省空间并降低总体成本。两线结构意味着更少的走线，因此PCB能够做得更小。由于走线更少并且需要检验的信息源更少，因此调试和测试也更容易。随着该系统数代的发展，I²C设备能够被更容易地添加或移除而不影响系统的其它部分。

在I²C总线和其它总线内发送信号时，将从设备输入到设备输出过程中的噪声传播降至最低是很重要的。举例来说，输入的同时切换会随着输入从一个逻辑状态向另一个的转换而产生噪声，例如在从逻辑“0”和逻辑“1”转换的情况。信号缘变化率控制通常用于最小化输出噪声的可能性。加入延迟，以使得在输入中引入的瞬态噪声(如瞬时扰动、开关噪声等)之后经过了足够的时间输出才转换成不同的逻辑状态。

在某些I²C应用中，用于I²C输出的信号缘变化率控制使用电容反馈来延缓下降沿。一种方法是创建恒定的信号缘变化率，其需要与反馈电容连接的固定电流源来把下降沿设为固定的dv/dt。另一种控制信号缘变化率的方法不消耗静态电流，其使用电阻来限制充电电流。此方法导致RC型的边缘控制。

在一个示例应用中，信号缘变化率控制方法使用消耗静态电流的电流镜。由于固定的dv/dt比率(即，当V_dd较大时，从0.7*V_dd到0.3*V_dd的转换需要更长时间)，此方法还会使下降时间作为总线电压的函数而变化。