Aktywny hub I²C Grove

Zaprezentowany aktywny hub I²C, dzięki wyposażeniu go w aż 12 złączy (H1...10, I²CA, I²CB) w standardzie Grove oraz cztery opcjonalne złącza Q1...Q4 typu QWIIC, ułatwia podczas prototypowania rozbudowę magistrali i porządkuje okablowanie modułów I²C, a wyposażenie go w układ aktywnego podciągania magistrali zapewnia niezawodną transmisję, także wtedy, gdy pojemność magistrali przekracza katalogowe 400 pF.

Budowa i działanie

Schemat układu pokazano na rysunku 1. Aktywna część składa się z zaledwie dwóch elementów, układu U1 typu LTC4311 oraz kondensatora odsprzęgającego C1.

Rysunek 1. Schemat ideowy układu translatora

Układ LTC4311 jest dwukanałowym układem aktywnego podciągania magistrali I²C. W przypadku, gdy pojemność magistrali wzrasta, przykładowo gdy dokładamy kolejne układy wraz z połączeniami, zwiększa się czas narastania sygnałów SDA, SCL, które na magistrali podciągane są tylko rezystorami polaryzującymi. Zasada działania układu LTC4311 polega na obserwowaniu sygnałów SDA/SCL i gdy pojawiają się zbocza narastające, wysterowaniu wewnętrznych dynamicznych źródeł prądowych „wspomagających” rezystory podciągające, co pozwala znacząco zwiększyć szybkość narastania sygnałów.

W przypadku zboczy opadających źródła są nieaktywne, a w przypadku braku aktywnej transmisji układ przechodzi w tryb obniżonego poboru mocy.

Moduł huba został wyposażony w dodatkowe zabezpieczenie ESD na bazie układu ESD204. Dioda PWR sygnalizuje obecność zasilania. Hub działa poprawnie w zakresie napięcia zasilania 1,6...5,5 V.

Montaż i uruchomienie

Moduł zmontowany jest na dwustronnej płytce drukowanej mechanicznie zgodnej z Grove, której schemat pokazano na rysunku 2. Montaż jest typowy i nie wymaga opisu, a sam układ nie wymaga uruchamiania.

Rysunek 2. Schemat płytki PCB

W celu przetestowania skuteczności działania LT4311 model został podłączony do Raspberry Pi, każdorazowo długość magistrali wynosiła 100 cm. W pierwszym przypadku obciążeniem był termometr STS40, w drugim ten sam termometr podłączony do huba poprzez dodatkowy przewód 10 cm. Przebiegi uzyskane na magistrali pokazano na rysunku 3.

Rysunek 3. Pomiary na magistrali I²C

Przebieg niebieski to opadające zbocze sygnału SCL, przebiegi narastające to SDA. Przebieg pomarańczowy uzyskano podczas pracy z termometrem STS40, wyraźnie widoczny jest dłuższy czas narastania sygnału, po podłączeniu huba oraz dodatkowego 10 cm przewodu do STS40, uzyskano przebieg różowy, o zdecydowanie krótszym czasie narastania. Świadczy to o poprawnym działaniu aktywnego podciągania. Jednocześnie można zaobserwować brak wpływu na zbocze opadające, w każdym przypadku uzyskany przebieg jest identyczny.

Adam Tatuś, EP