一种i2c隔离电路及i2c总线系统的制作方法_2

文档序号:8606905阅读:来源:国知局
钟信号为单向信号,由主节点设备20的时钟信号输出端口 SCL_S发出,由从节点设备21的时钟信号接收端口 SCL_C接收。
[0049]I2C系统中的数据信号为双向信号。其中,数据信号可以由主节点设备20的数据信号出入端口 SDA_S发出,由从节点设备21的数据信号出入端口 SDA_C接收。数据信号也可以由从节点设备21的数据信号出入端口 SDA_C发出,由主节点设备20的数据信号出入端口 SDA_S接收。
[0050]在实际应用中,当主节点设备20处于访问状态时,不能直接将从节点设备21接入到主节点设备20上。此时要实现设备间的热插拔,就需要通过I2C隔离电路22实现主节点设备20和从节点设备21之间的电路隔离。
[0051]另一方面,当主节点设备20进入空闲状态时,可以将从节点设备21接入到主节点设备20,此时,需要该I2C隔离电路22能够实现主节点设备20和从节点设备21之间的电平转换,从而保障I2C总线系统的正常工作。
[0052]本申请实施例提供的I2C隔离电路22中,只需要采用普通的MOS (Metal-Oxid-Semiconductor,金属-氧化物-半导体)场效应晶体管即可实现I2C隔离电路22,实现I2C系统中,主节点设备20和从节点设备21之间的电路隔离和电平转换,其电路结构简单,实现成本较低。
[0053]下面结合图2所示,对本申请实施例所述的I2C隔离电路22进行详细的描述。
[0054]如图2所示,所述I2C隔离电路22包括:第一 MOS管Ql、第二 MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4。
[0055]其中,所述第一 MOS管Ql的源极和第一电阻Rl的一端接主节点设备20的数据信号出入端口 SDA_S ;所述第一电阻Rl的另一端接I2C控制端的总线电平VCCA。
[0056]所述第一 MOS管Ql的漏极接所述第二 MOS管Q2的漏极;所述第一 MOS管Ql的栅极和所述第二 MOS管Q2的栅极短接后,接主节点设备20的开关控制信号输出端口GP1 (General Purpose Input Output,通用输入 / 输出)。
[0057]所述第二 MOS管Q2的源极和所述第三电阻R3的一端接从节点设备21的数据信号出入端口 SDA_C ;所述第三电阻R3的另一端接I2C设备端的总线电平VCCB。
[0058]所述第三MOS管Q3的源极和第二电阻R2的一端接主节点设备20的时钟信号输出端口 SCL_S ;所述第二电阻R2的另一端接I2C控制端的总线电平VCCA。
[0059]所述第三MOS管Q3的漏极接所述第四MOS管Q4的漏极;所述第三MOS管Q3的栅极和所述第四MOS管Q4的栅极短接后,接主节点设备20的开关控制信号输出端口 GP10。
[0060]所述第四MOS管Q4的源极和所述第四电阻R4的一端接从节点设备21的时钟信号接收端口 SCL_C ;所述第四电阻R4的另一端接I2C设备端的总线电平VCCB。
[0061]需要说明的是,本申请实施例所述I2C隔离电路必须满足以下条件:
[0062]V12c en-VCCA ( Vcs th(I)
[0063]V12c en-VCCB ( Vcs th(2)
[0064]Vl2C—EN》V CS—th⑶
[0065]其中,VI2。EN为所述主节点设备的开关控制信号输出端口输出的控制信号I2C_EN的电平幅度;VCCA为I2C控制端的总线电平;VCCB为I2C设备端的总线电平;Ves th为该I2C隔离电路中各MOS管的最低开启电压门限值。
[0066]本申请实施例中,I2C总线系统中的每个从节点设备21分别通过一个I2C隔离电路22挂接在主节点设备20上。所述I2C隔离电路22在检测到主节点设备20处于工作状态时,实现主节点设备20和从节点设备21之间的电路隔离;在检测到主节点设备20处于空闲状态时,实现主节点设备20和从节点设备21之间的电平转换,实现I2C总线系统中的数据传输。
[0067]由此,本申请实施例中,利用MOS管的可关断特性,实现了能够开关控制的I2C隔离电路,从而实现I2C系统中主节点设备20和从节点设备21之间的热插拔。本申请实施例所述的I2C隔离电路,采用MOS管设计,其电路结构简单且成本较低,使得该电路易于实现,能够解决现有技术中存在的电路复杂不易实现的问题。
[0068]下面对本申请实施例所述的I2C隔离电路的工作原理进行详细的阐述。
[0069]如图2所示,对于主节点设备20,在默认状态下或主节点设备20处于工作状态下,其开关控制信号输出端口 GP1输出的控制信号I2C_EN为低电平。
[0070]对于数据信号传输通道而言:所述第一 MOS管Ql和第二 MOS管Q2的栅极和源极间电压Vgs均为O或者为负偏置,MOS管内的寄生二极管因反相串联,使得第一 MOS管Ql和第二 MOS管Q2均处于关断状态。由此使得,主节点设备20的数据信号出入端口 SDA_S和从节点设备21的数据信号出入端口 SDA_C之间是不导通的,即为主节点设备20与从节点设备21之间的数据信号传输通道不导通。
[0071]对于时钟信号传输通道而言:所述第三MOS管Q3和第四MOS管Q4的栅极和源极间电压Vgs均为O或者为负偏置,MOS管内的寄生二极管因反相串联,使得第三MOS管Q3和第四MOS管Q4均处于关断状态。由此使得,主节点设备20的时钟信号输出端口 SCL_S和从节点设备21的时钟信号接收端口 SCL_C之间是不导通的,即为主节点设备20与从节点设备21之间的时钟信号传输通道不导通。
[0072]由此可以实现在默认状态下和主节点设备20处于工作状态下,主节点设备20和从节点设备21之间的电路隔离。此时,即使将从节点设备21挂接在主节点设备20上,也不会直接实现从节点设备21向主节点设备20的通信接入,从而能够很好的保证主节点设备20的工作安全,实现I2C系统中,主节点设备20和从节点设备21之间的热插拔。
[0073]如图2所示,对于主节点设备20,在主节点设备20处于空闲状态下,其开关控制信号输出端口 GP1输出的控制信号I2C_EN为高电平。
[0074]对于数据信号传输通道而言:
[0075]当主节点设备20的数据信号出入端口 SDA_S输出低电平时,控制信号I2C_EN为高电平,由于该I2C隔离电路22满足V12c EN彡Ves th,所述第一 MOS管Ql的栅极和源极间电压Vgs达到正偏置,使得第一 MOD管Ql导通。由于寄生二极管的原因,第二 MOS管Q2的栅极和源极间电压Vgs也达到正偏置,使得第二 MOS管Q2也导通。此时,从节点设备21的数据信号出入端口 SDA_C接收到的数据信号跟随主节点设备20的数据信号出入端口 SDA_S的输出信号,同为低电平。
[0076]当从节点设备21的数据信号出入端口 SDA_C输出低电平时,控制信号I2C_EN为高电平,由于该I2C隔离电路22满足V12c en-VCCA ( Vcs th,所述第二 MOS管Q2的栅极和源极间电压Vgs达到正偏置,使得第二 MOD管Q2导通。由于寄生二极管的原因,第一 MOS管Ql的栅极和源极间电压Vgs也达到正偏置,使得第一 MOS管Ql也导通。此时,主节点设备20的数据信号出入端口 SDA_S接收到的数据信号跟随从节点设备21的数据信号出入端口SDA_C的输出信号,同为低电平。
[0077]当主节点设备20的数据信号出入端口 SDA_S输出高电平时,控制信号I2C_EN为高电平,由于该I2C隔离电路22满足V12c en-VCCA ( Vcs th,所述第一 MOS管Ql的栅极和源极间电压Vgs为O或者负偏置,使得第一 MOS管Ql处于关断状态。同时,由于该I2C隔离电路22还满足V12c en-VCCB ( Vcs th,所述第二 MOS管Q2的栅极和源极间电压Vgs也为O或者负偏置,使得第二 MOS管Q2也处于关断状态。此时,从节点设备21的数据信号出入端口SDA_C被第三电阻R3上拉为高电平。由此使得,从节点设备21的数据信号出入端口 SDA_C接收到的数据信号跟随主节点设备20的数据信号出入端口 SDA_S的输出信号,同为高电平。
[0078]当从节点设备21的数据信号出入端口 SDA_C输出高电平时,控制信号I2C_EN为高电平,由于该I2C隔离电路22满足V12c en-VCCB ( Vcs th,所述第二 MOS管Q2的栅极和源极间电压Vgs为O或者负偏置,使得第二 MOS管Q2处于关断状态。同时,由于该I2C隔离电路22还满足UCCA ( Vcs th,所述第一 MOS管Ql的栅极和源极间电压Vgs也为O或者负偏置,使得第一 MOS管Ql也处于关断状态。此时,主节点设备20的数据信号出入端口SDA_S被第一电阻Rl上拉为高电平。由此使得,主节点设备20的数据
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