基于 MOSFET 的電平轉(zhuǎn)換

    雙向電平轉(zhuǎn)換必須在兩個(gè)方向上進(jìn)行。簡單的方法使用 MOSFET，如圖 3 所示，并在應(yīng)用筆記AN10441中進(jìn)行了更詳細(xì)的描述。盡管 100kHz 至 400kHz 通信標(biāo)準(zhǔn)可接受 MOSFET 電平轉(zhuǎn)換器，但由于前面提到的 RC 時(shí)間常數(shù)施加的頻率限制，它不具備更快運(yùn)行模式所需的性能。在使用更高帶寬模式的情況下，需要專用電平轉(zhuǎn)換器設(shè)備。
     圖 3：基于 MOSFET 的電平轉(zhuǎn)換
    接口具有受此影響限制的正向邊沿。 MOSFET 電路引入了額外的寄生電容（例如米勒效應(yīng)）和開關(guān)電平，這會(huì)在方向改變期間進(jìn)一步扭曲兩個(gè)邊緣的特性。如果邏輯接口是邊緣的，這可能會(huì)導(dǎo)致問題，因?yàn)樗鼈冊陂撝惦妷焊浇幸粋€(gè)過渡區(qū)域，其中輸出是不確定的。
    位于該范圍內(nèi)的信號(hào)會(huì)導(dǎo)致所謂的“亞穩(wěn)態(tài)”，從而導(dǎo)致信號(hào)毛刺。施密特觸發(fā)器輸入是特殊接口，具有由輸入門輸出的正反饋引起的電壓滯后。這增加了噪聲容限并降低了由于緩慢變化的信號(hào)而導(dǎo)致亞穩(wěn)態(tài)的可能性。
    此外，I 2 C 串行總線上可能存在的嘈雜、緩慢或非單調(diào)信號(hào)也可使用去抖動(dòng)算法進(jìn)行校正。去抖動(dòng)算法引入了一個(gè)駐留時(shí)間，在該時(shí)間段內(nèi)輸入信號(hào)在變化前的連續(xù)信號(hào)電平上被監(jiān)測，拒絕落在該時(shí)間段內(nèi)的毛刺轉(zhuǎn)換。這是一種與 FPGA 和微控制器上的“bit-banging”軟件實(shí)現(xiàn)一起使用的技術(shù)。

    孤立的方法

    圖 4 中描述的系統(tǒng)是一個(gè)非隔離系統(tǒng)，兩個(gè)設(shè)備之間具有直接電氣連接，與電壓電平轉(zhuǎn)換無關(guān)。由于 I 2 C 接口是不平衡的并且可能具有長電纜互連，因此這些電勢差會(huì)導(dǎo)致接地信號(hào)上的雜散噪聲電流。
    在處理高壓電路時(shí)，非隔離接地會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)的故障情況。在跨越隔離邊界的應(yīng)用中使用的I 2 C 接口必須滿足安全標(biāo)準(zhǔn)并需要電流隔離。
    電氣隔離 I 2 C 總線的常用方法還包括電平轉(zhuǎn)換作為隔離邊界，并在隔離邊界的任一側(cè)啟用任何電壓支持。傳統(tǒng)的隔離技術(shù)包括通過光耦合器或跨電容橋或電感變壓器調(diào)制串行總線信號(hào)信息的設(shè)備進(jìn)行光伏隔離。
    所有這些都傾向于共享將雙向信號(hào)拆分/重組為兩個(gè)單向路徑的共同特征。一些應(yīng)用通過將信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分標(biāo)準(zhǔn)（如 RS485）來延長支持的電纜長度并提高抗噪性。它們還可以使用更高的信號(hào)電壓。

    獨(dú)立電壓電平

    圖 5：具有獨(dú)立電壓電平的多點(diǎn)隔離式
    總線的光電隔離，如圖 5 中描述的電路，能夠以超過 1Mbps 的速度運(yùn)行。 NXP 的應(yīng)用筆記AN10364全面描述了用于連接具有不同局部接地電位和電壓的I 2 C 設(shè)備的各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在隔離交流電源電路、醫(yī)療設(shè)備和以太網(wǎng)供電 (PoE) 中需要初級(jí)到次級(jí)通信的應(yīng)用中可以找到類似的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。