Aumente el rendimiento de datos I2C o SMBus y reduzca el consumo de energía con un acelerador de bus de baja potencia

yo2Los buses SMBus y C de 2 hilos utilizan controladores simples desplegables de drenaje abierto con una fuente de corriente o de elevación resistiva. Los protocolos de comunicación de estos sistemas permiten que múltiples dispositivos controlen y controlen el bus sin conflicto de bus, creando un fuerte vínculo de comunicación. Desafortunadamente, a medida que los sistemas avanzan hacia una mayor complejidad y menores voltajes de suministro, las ventajas de la simplicidad del protocolo desplegable abierto superan las desventajas de mayores tiempos de subida y mayor altura de consumo de energía del bus de CC.

Como los diseños requieren una mayor confiabilidad y más características, la cantidad de dispositivos conectados a la I2Mejoras en System C o SMBus. Algunos sistemas amplían el bus hasta los conectores de borde donde las tarjetas de E/S con periféricos adicionales se extraen y se insertan en el bus. Los dispositivos adicionales aumentan directamente la capacidad equivalente en el autobús, lo que ralentiza los tiempos de subida. Los tiempos lentos de subida pueden afectar seriamente la confiabilidad de los datos y limitar la velocidad máxima práctica del autobús muy por debajo de la I establecida.2Tasa de transmisión máxima de C o SMBus. Los tiempos de subida se pueden mejorar usando valores de resistencia de pull-up de bus más bajos o valores de fuente de corriente constante más altos, pero la corriente de pull-up de bus adicional aumenta el voltaje de bus de estado bajo, V.LO, así como el consumo de energía del bus de CC. Otro problema en los sistemas con tarjetas de E/S intercambiables es la sensibilidad a las descargas electrostáticas.

El acelerador de bus LTC4311 resuelve todos estos problemas. Viene en un pequeño paquete DFN o SC70 de 2 mm x 2 mm y funciona en un amplio rango de suministro de 1,6 V a 5,5 V, lo que facilita la integración en una variedad de aplicaciones.

La Figura 1 muestra un circuito típico de aplicación de bajo voltaje. El LTC4311 proporciona corrientes pull-up sólidas controladas por velocidad de respuesta en el bus para transiciones suaves y controladas durante los flancos ascendentes para reducir los tiempos de subida en sistemas altamente capacitivos, como se muestra en la Figura 2. Recordatorios controlados por velocidad de respuesta del LTC4311 lo suficientemente potentes como para yo2Sistemas C o SMBus para lograr frecuencias de conmutación de hasta 400 kHz para capacidades de bus superiores a 1 nF. Además, dado que la impedancia de activación del acelerador es mucho más baja que la resistencia de activación del bus, el sistema tiene una mayor inmunidad al ruido en los flancos ascendentes.

Figura 1. Circuito de aplicación de bajo voltaje LTC4311 típico.

Figura 2. Comparación I2Forma de onda C para el LTC4311 pull-up vs resistivo.

Las altas corrientes de pull-up del LTC4311 permiten a los usuarios seleccionar valores de resistencia de pull-up de bus más grandes para reducir VLO, Consumo de energía del bus de CC y tiempos de caída, y cumple con los requisitos de tiempo de subida y frecuencia de la portadora. Esto es particularmente útil para sistemas de 2 hilos donde los dispositivos requieren resistencias en serie con sus dispositivos pull-up para proteger contra ESD, ya que VLO se reduce en estos dispositivos con valores más altos de resistencia de pull-up de bus. Los valores más altos de resistencia de pull-up de bus también son ventajosos en sistemas que funcionan con suministros de bus por debajo de 2,7 V, donde VLO reducirse muy por debajo de la I2especificación C, que aumenta los márgenes de ruido.

Sobre mí2En los sistemas C o SMBus en los que se pueden insertar y extraer grandes cantidades de tarjetas de E/S, las corrientes pull-up controladas por velocidad de respuesta del LTC4311 han resuelto con éxito los problemas de tiempo de subida a pesar de las grandes variaciones de capacitancia del bus. El control de velocidad de respuesta controla la velocidad de respuesta del bus a 50 V/µs–100 V/µs, independientemente de la capacitancia del bus.

Con cargas muy ligeras, como cuando se quitan algunas o todas las placas, no se produce reflexión del bus debido a la naturaleza controlada de la velocidad de respuesta de las corrientes de pull-up. Cuando el bus está muy cargado, el LTC4311 proporciona potentes corrientes pull-up controladas para reducir en gran medida los tiempos de subida del bus para cargas de capacitancia mucho más allá de 1 nF.

Todas estas características, combinadas con una alta robustez ESD de HBM de ±8 kV, hacen que el LTC4311 sea la solución ideal y, en muchos casos, necesaria para I.2Sistemas C o SMBus con un gran número de registros de E/S extraíbles.

La Figura 3 muestra un diagrama de bloques del LTC4311. El LTC4311 consta de dos circuitos independientes pero idénticos para cada bus, que consta de detección de velocidad de respuesta, dos comparadores de voltaje y una corriente de arranque de bus controlada por velocidad de respuesta.

Figura 3. Diagrama de bloques del LTC4311.

El detector de velocidad de respuesta supervisa el bus y solo activa los aceleradores cuando la velocidad de respuesta del bus es superior a 0,2 V/µs. Esto asegura que los aceleradores nunca se enciendan cuando el voltaje del bus sea constante o esté cayendo. El primer comparador de voltaje se usa para mantener el acelerador hasta que el voltaje del bus exceda un voltaje de umbral, VTHR. Para tensiones de alimentación inferiores a 2,7 V, VTHR dependiendo de la fuente de alimentación, definida como 0,3 • VCC. A voltajes de suministro más altos, VTHR 0.8V es una constante. Esto optimiza el LTC4311 para su uso en sistemas de bajo voltaje, proporcionando un tiempo de subida más rápido en un rango de voltaje más amplio para I.2Sistemas C y SMBus que funcionan con tensiones de bus superiores a 2,7 V.

Cuando se cumplen ambas condiciones, el acelerador de autobús de orientación limitada se activa para orientar rápidamente el autobús. Un comparador interno de velocidad de respuesta supervisa la velocidad de respuesta del bus y controla la corriente de activación del acelerador para limitar la velocidad de respuesta del bus a 50 V/µs–100 V/µs, independientemente de la capacitancia del bus. Un segundo comparador de voltaje convierte la corriente pull-up cuando el bus está dentro de los 400 mV del suministro pull-up del bus.

Para los sistemas en los que un acelerador de bus no es suficiente para cumplir con el tiempo de subida, se pueden agregar aceleradores de bus adicionales al mismo tiempo para reducir aún más el tiempo de subida.

Para ahorrar energía, cuando los voltajes de ambos buses están dentro de los 400 mV del suministro desplegable del bus, el LTC4311 ingresa al modo de suspensión y consume solo 26 µA de la corriente de suministro. Cuando ENABLE se fuerza a nivel bajo, como se muestra en la Figura 4, el LTC4311 ingresa al modo de desactivación y consume menos de 5 µA de corriente de suministro. Ambos pines del bus son de alta impedancia cuando están deshabilitados o cuando el LTC4311 recibe alimentación, independientemente del voltaje del bus.

Figura 4. Una aplicación típica de LTC4311 con apagado por baja corriente.

El LTC4311 se ocupa de manera eficaz y eficiente de los tiempos de subida lentos, los márgenes de ruido reducidos en suministros de bus débiles y el mayor consumo de energía del bus de CC que se encuentra en los sistemas de bus de 2 bits de bajo voltaje. Fuertes corrientes de arrastre controladas por la velocidad de giro hicieron girar el I rápida y suavemente2Líneas C-bus o SMBus, lo que reduce los tiempos de subida para permitir un funcionamiento de hasta 400 kHz para una capacitancia de bus superior a 1 nF. Los beneficios de las corrientes de control de alta velocidad de respuesta se extienden a los voltajes de bus de estado bajo, el consumo de energía del bus de CC y los tiempos de caída, ya que se pueden usar valores de resistencia pull-up de bus más grandes.

Con un tamaño reducido de 2 mm × 2 mm × 0,75 mm DFN o SC70, alto rendimiento ESD de HBM de ±8 kV y bajo consumo de energía en modo de espera o apagado, el LTC4311 Low Voltage I2El acelerador C o SMBus también es totalmente adecuado para todos los I2Sistemas C o SMBus. Los ejemplos de tales sistemas incluyen computadoras portátiles, dispositivos portátiles, dispositivos portátiles, RAID y servidores donde las tarjetas de E/S se intercambian en caliente.

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