一种I2C总线通讯电路、实现方法及电子设备与流程

一种i2c总线通讯电路、实现方法及电子设备
技术领域
1.本技术涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种i2c总线通讯电路、实现方法及电子设备。


背景技术：

2.i2c总线是nxp半导体公司开发的一种双向总线，在电子电器中广泛使用，在实现主机与从机的通讯中，其连接包含串行数据线(102)、串行时钟线(101)、电源正极线、电源负极线，共四条连接线，详见《um10204 i2c-bus specification andusermanual》(最新版本7.0)，以下简称《um10204》。
3.随着节能技术的发展，在ic2总线通讯电路中，越来越多的i2c从机芯片降低了工作电压，以获得更低的能耗，提高产品竞争力，其工作电压大多在3.3v或1.8v，甚至更低。嵌入式mcu在ic2总线通讯电路中一般作为主机，其工作电压大多为5.0v或3.3v。但在主机与从机工作电压不同的情况下，需要增设线性电源ldo为从机提供低于主机工作电压的电源电压，不仅增加电路的整体耗能，同时也会造成成本增加，不利用提高产品的市场竞争力。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述现有i2c总线通讯电路中存在的问题，提供一种低耗能和制造成本低的i2c总线通讯电路、实现方法及电子设备。
5.为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种i2c总线通讯电路，包括：
6.主机、至少1台从机、前置调整电路、i2c总线、分压电路和电平转换芯片；所述前置调整电路被配置为对i2c总线进行转换处理，得到高电平电压信号；所述电平转换芯片被配置为实现对所述i2c总线进行电平转换；所述i2c总线被配置为传输所述主机发送的数据信号至所述从机或传输所述从机发送的数据信号至所述主机，所述i2c总线还被配置为传输高电平电压信号至所述分压电路；所述分压电路被配置为对接收到的高电平电压信号进行转换处理，得到第一调整电压信号，并向所述从机传输第一调整电压信号。
7.在其中一个实施例中，所述前置调整电路包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的第一端和所述第二电阻的第一端与外部电源的输出端连接，所述第一电阻的第二端与所述主机的数据端口连接，所述第二电阻的第二端与所述主机的时钟端口连接。
8.在其中一个实施例中，所述i2c总线包括串行时钟线和串行数据线，所述主机的时钟端口通过所述串行时钟线与所述电平转换芯片连接，所述主机的数据端口通过所述串行数据线与所述电平转换芯片连接，所述分压电路的输入端与所述串行时钟线连接，所述主机的接地端口与所述从机的接地端口连接。
9.在其中一个实施例中，所述分压电路包括第一二极管、第三电阻和第一电容，所述第三电阻的第一端与所述第一电容的正极连接，所述第三电阻的第二端与所述第一电容的负极连接，所述第一电容的负极与地线连接，所述第一二极管的阳极与所述串行时钟线连接，所述第一二极管的阴极与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端与地线
连接，所述第一电容的正极与所述从机的电源正极输入端连接，所述第一电容的负极与所述从机的接地端口连接。
10.在其中一个实施例中，所述电平转换芯片至少包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，所述第一端口与所述第三端口存在逻辑互连，所述第二端口与所述第四端口存在逻辑互连，所述第一端口经所述串行数据线与所述主机的数据端口连接，所述第二端口经所述串行时钟线与所述主机的时钟端口连接，所述第三端口经所述串行数据线与所述从机的数据端口连接，所述第四端口经所述串行时钟线与所述从机的数据端口连接。
11.在其中一个实施例中，所述分压电路输出的电压值满足所述从机的工作电压范围。
12.在其中一个实施例中，所述主机的数据传输速率与所述从机的数据处理速率相适配。
13.第二方面，本发明实施例还提供了一种i2c总线通讯电路的实现方法，所述i2c总线通讯电路的实现方法包括：
14.在电路中设定作为主设备的主机以及作为从设备的从机；
15.把主机的数据端口与第一电阻的第二端连接，主机的时钟端口与第二电阻的第二端连接，使串行时钟线和串行数据线上拉获得高电平；
16.把主机的时钟端口通过电平转换芯片与从机的时钟端口连接，将主机的数据端口通过电平转换芯片与从机的数据端口连接，电平转换芯片用于实现串行时钟线和串行数据线的电平转换；
17.根据从机的工作电压范围确定分压电路的输出电压；
18.把分压电路的输入端与串行时钟线连接，利用串行时钟线处于高电平时为分压电路充电，当串行时钟线由高电平向低电平转换，分压电路为从机提供电源电压。
19.在其中一个实施例中，所述分压电路的输出电压的表达式为：
20.u0＝(v
dd
–
ud)
×
r3÷
(r2+r3)
21.其中，u0为第一电容的充电电源电压，v
dd
为外部电源的输出电源，ud为第一二极管的正向压降，r2为第二电阻的电阻值，r3为第三电阻的电阻值。
22.在其中一个实施例中，所述分压电路中第一电容的电容值的表达式为：
23.0.5c(u
02-u
12
)＝u0×
(i+u0÷
r)
×
t
24.其中，c为第一电容的电容量，u0为第一电容充电后电压，u1为第一电容放电后电压，i为从机工作最大电流，r为第一电容与第三电阻并联后的电阻阻值，t为第一电容放电时间。
25.第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括如上述的i2c总线通讯电路。
26.上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
27.上述i2c总线通讯电路的各实施例中，包括主机、至少1台从机、前置调整电路、i2c总线、分压电路和电平转换芯片；前置调整电路与主机连接，主机通过i2c总线分别与分压电路和电平转换芯片连接，电平转换芯片与从机连接，分压电路与从机连接；前置调整电路被配置为对i2c总线进行转换处理，得到高电平电压信号；电平转换芯片被配置为实现对i2c总线进行电平转换；i2c总线被配置为传输主机发送的数据信号至从机或传输从机发送
的数据信号至主机，i2c总线还被配置为传输高电平电压信号至分压电路；分压电路被配置为对接收到的高电平电压信号进行转换处理，得到第一调整电压信号，并向从机传输第一调整电压信号，对从机进行供电，进而实现电路结构简单、耗能低、制造成本低的i2c总线通讯电路。本技术通过前置调整电路、分压电路和电平转换芯片的相互配合，简化了电路结构，使得较少的元器件数量，制造成本较低，通过在串行时钟线与分压电路连接，在串行时钟线处于高电平时，第一二极管导通，第二电阻输出电压经第一二极管、第三电阻为第一电容充电，在串行时钟线由高电平转为低电平时，第一电容为从机供电，由于从机工作电压来自于分压电路，改变第三电阻的电阻值就对应改变从机工作电压，适用于主机工作电压大于从机工作电压的i2c总线通讯电路。
附图说明
28.图1为一个实施例中i2c总线通讯电路的第一电路结构示意图；
29.图2为一个实施例中i2c总线通讯电路的第二电路结构示意图；
30.图3为一个实施例中i2c总线通讯电路的第三电路结构示意图；
31.图4为一个实施例中i2c总线通讯电路的第四电路结构示意图。
32.附图标记：
33.11主机，12从机，13前置调整电路，14i2c总线，15分压电路，16电平转换芯片，101串行时钟线，102串行数据线,103接地线；
34.r1第一电阻，r2第二电阻，r3第三电阻，d1第一二极管，c1第一电容。
具体实施方式
35.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
36.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
37.实施例1
38.如图1所示，提供了一种i2c总线通讯电路，包括：主机11、至少1台从机12、前置调整电路13、i2c总线14、分压电路15和电平转换芯片16；前置调整电路13被配置为对i2c总线14进行转换处理，得到高电平电压信号；电平转换芯片16被配置为实现对i2c总线进行电平转换；i2c总线14被配置为传输主机11发送的数据信号至从机12或传输从机12发送的数据信号至主机11，i2c总线还被配置为传输高电平电压信号至分压电路15；分压电路15被配置为对接收到的高电平电压信号进行转换处理，得到第一调整电压信号，并向从机12传输第
一调整电压信号。
39.前置调整电路13可用来对从机12提供工作电流，根据从机12的最大工作电流，确定第一电阻r1和第二电阻r2的电阻值，从而限制主机11对从机12的输出电流大小，保证从机12的工作可靠性。其中，第一电阻r1和第二电阻r2相应的电阻值可视具体电路相关参数设计而定。
40.i2c总线可用来实现主机11与从机12之间的数据传输，具体地，主机11通过i2c总线在从机12上读取数据或主机11通过i2c在从机12上写入数据。i2c总线14还可用来为主机11输送高电平电压信号至分压电路15。
41.分压电路15可用来对输入的高电平电压信号进行降压、储能等转换处理，从而得到第一调整电压信号，并将第一调整电压信号传输给从机12，以向从机12供电，从而确保从机12与主机11的正常稳定通讯。
42.电平转换芯片16被配置为实现对i2c总线14进行电平转换。例如，当主机11向从机12发送数据0时，主机11与电平转换芯片16连接的i2c总线14为低电平，此时，电平转换芯片16中的mos管导通，通过电平转换芯片16的内部逻辑互连，拉低电平转换芯片16与从机12连接的i2c总线14，使其由高电平转为低电平，从而使电平转换芯片16与主机11连接的i2c总线电平信号与电平转换芯片16与从机12连接的i2c总线14电平信号保持一致。示例性的，电平转换芯片16可以采用wst3392芯片。
43.具体而言，基于前置调整电路13分别与主机11和外部电源连接，主机11通过i2c总线分别与分压电路15和电平转换芯片16连接，电平转换芯片16与从机12连接，分压电路15与从机12连接；前置调整电路13被配置为对i2c总线14进行转换处理，得到高电平电压信号；电平转换芯片16被配置为对i2c总线14进行电平转换；i2c总线被配置为传输主机11发送的数据信号至从机12或传输从机12发送的数据信号至主机11，i2c总线还被配置为传输高电平电压信号至分压电路15；分压电路15被配置为对接收到的高电平电压信号进行转换处理，得到第一调整电压信号，并向从机12传输第一调整电压信号，对从机12进行供电，进而实现电路结构简单、耗能低、制造成本低的i2c总线通讯电路。
44.上述实施例中，通过前置调整电路13、分压电路15和电平转换芯片16的相互配合，简化了电路结构，使得较少的元器件数量，制造成本较低，通过在串行时钟线101与分压电路15连接，在串行时钟线101处于高电平时，第一二极管d1导通，第二电阻r2输出电压经第一二极管d1、第三电阻r3为第一电容c1充电，在串行时钟线101由高电平转为低电平时，第一电容c1为从机12供电，由于从机12工作电压来自于分压电路15，改变第三电阻r3的电阻值就对应改变从机12工作电压，适用于主机11工作电压大于从机12工作电压的i2c总线通讯电路。
45.如图1所示，除上述实施例的特征以外，本实施例进一步限定了：前置调整电路13包括第一电阻r1和第二电阻r2，第一电阻r1的第一端和第二电阻r2的第一端与外部电源的输出端连接，第一电阻r1的第二端与主机11的数据端口连接，第二电阻r2的第二端与主机11的时钟端口连接。
46.其中，第一电阻r1和第二电阻r2可以是贴片电阻，相应的电阻值可视具体电路相关参数设计而定，优选的，第二电阻r2的电阻值不大于2kω。
47.除上述实施例的特征以外，本实施例进一步限定了：i2c总线包括串行时钟线101
和串行数据线102，主机11的时钟端口通过串行时钟线101与电平转换芯片16连接，主机11的数据端口通过串行数据线102与电平转换芯片16连接，分压电路15的输入端与串行时钟线101连接，主机11的接地端口与从机12的接地端口连接。
48.如图1所示，除上述实施例的特征以外，本实施例进一步限定了：分压电路15包括第一二极管d1、第三电阻r3和第一电容c1，第三电阻r3的第一端与第一电容c1的正极连接，第三电阻r3的第二端与第一电容c1的负极连接，第一电容c1的负极与地线连接，第一二极管d1的阳极与串行时钟线101连接，第一二极管d1的阴极与第三电阻r3的第一端连接，第三电阻r3的第二端与地线连接，第一电容c1的正极与从机12的电源正极输入端连接，第一电容c1的负极与从机12的接地端口连接。
49.其中，第一二极管d1的阳极与串行时钟线101连接，当串行时钟线101处于高电平时，第一二极管d1正向导通，电流流向第三电阻r3为第一电容c1充电，从机12的工作电压来自于分压电路15的输出电压，改变第三电阻r3的电阻值就对应改变从机12获取的输入电压。
50.其中，第三电阻r3可以是贴片电阻，第一电容c1可以是贴片电容，相应的第三电阻r3的电阻值可视具体电路相关参数设计而定，相应的第一电容c1的电容量可视具体电路相关参数设计而定，优选的，第一电容c1的电容量不低于0.1μf。
51.如图1所示，除上述实施例的特征以外，本实施例进一步限定了：电平转换芯片16至少包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，第一端口与第三端口存在逻辑互连，第二端口与第四端口存在逻辑互连，第一端口经串行数据线102与主机11的数据端口连接，第二端口经串行时钟线101与主机11的时钟端口连接，第三端口经串行数据线102与从机12的数据端口连接，第四端口经串行时钟线101与从机12的数据端口连接。
52.除上述实施例的特征以外，本实施例进一步限定了：分压电路15输出的电压值满足从机12的工作电压范围。
53.除上述实施例的特征以外，本实施例进一步限定了：主机11的数据传输速率与从机12的数据处理速率相适配。
54.上述实施例中，通过第一二极管d1、第三电阻r3和第一电容c1组成的分压电路15，在串行时钟线101处于高电平时为第一电容c1充电，获得第一调整电压信号，当串行时钟线101由高电平转为低电平时，第一电容c1输出第一调整电压信号为从机12提供电能，保证从机12与主机11进行数据传输。相对于传统的i2c总线通讯电路，本发明在传统i2c总线通讯电路增加两个电阻、一个电容和一个二极管，减少了一条电源正极线和一个线性电源ldo，对于主机11的正极接线端与从机12的正极接线端距离长时，成本降低明显，以常用线型ul1430/24awg、1米长、两端为xh端子为例，制造总成本将减少约0.5元。
55.实施例2
56.本实施例提供了一种i2c总线通讯电路的实现方法，该i2c总线通讯电路的实现方法包括：
57.在电路中确定作为主设备的主机11以及作为从设备的从机12；
58.把主机11的数据端口与第一电阻r1的第二端连接，主机11的时钟端口与第二电阻r2的第二端连接，使串行时钟线101和串行数据线102上拉获得高电平；
59.把主机11的时钟端口通过电平转换芯片16与从机12的时钟端口连接，将主机11的
数据端口通过电平转换芯片16与从机12的数据端口连接，电平转换芯片16用于实现串行时钟线101和串行数据线102的电平转换；
60.根据从机12的工作电压范围确定分压电路15的输出电压；
61.把分压电路15的输入端与串行时钟线101连接，利用串行时钟线101处于高电平时为分压电路15充电，当串行时钟线101由高电平向低电平转换，分压电路15为从机12提供电源电压。
62.除上述实施例的特征以外，本实施例进一步限定了：分压电路15的输出电压的表达式为：
63.u0＝v
dd
–
ud×
r3÷
r2+r364.其中，u0为第一电容c1的充电电源电压，v
dd
为外部电源的输出电源，ud为第一二极管d1的正向压降，r2为第二电阻r2的电阻值，r3为第三电阻r3的电阻值。
65.示例性的，如图2所示，当主机11与单个从机12连接时，外部电源电压为5v，第一二极管d1采用1n4148，第三电阻r3为3.9kω，从机12工作电压为1.8～3.6v，第一二极管d1的正向压降为0.6v，代入计算公式u0＝v
dd
–
ud×
r3÷
r2+r3，可得u0为3.5v，第一电容c1充电后的电源电压在1.8～3.6v范围内，满足从机12工作电压要求。
66.示例性的，如图3所示，当主机11与多个从机12连接时，例如，从机12数量为3个，相邻两个从机12为并联关系，每个从机12对应的第三电阻r3的电阻值均为3.9kω，并联后其总阻值为1.3kω，外部电源电压为5v，从机12工作电压为1.8～3.6v，第一二极管d1采用1n4148，其对应的正向压降为0.6v，代入计算公式u0＝v
dd
–
ud×
r3÷
r2+r3，可得u0为2.5v，第一电容c1充电后的电源电压在1.8～3.6v范围内，满足从机12工作电压要求。
67.除上述实施例的特征以外，本实施例进一步限定了：分压电路15的第一电容c1的表达式为：
68.0.5cu
02-u
12
＝u0×
i+u0÷r×
t
69.其中，c为第一电容c1的电容量，u0为第一电容c1充电后电压，u1为第一电容c1放电后电压，i为从机12工作最大电流，r为第一电容c1与第三电阻r3并联后的电阻阻值，t为第一电容c1放电时间。
70.示例性的，如图2所示，当主机11与单个从机12连接时，第一电容c1充电后电压为3.5v，第一电容c1放电后电压不低于3.0v，从机12的最大工作电流为0.1ma，第一电容c1与第三电阻r3并联后的电阻值为3.9kω，i2c总线的通讯速率为100kb/s，对应的每个通讯周期中串行时钟线101低电平的时间为5us，即第一电容c1的放电时间，代入计算公式0.5cu
02-u
12
＝u0×
i+u0÷r×
t，可得第一电容c1的电容量为0.01uf。
71.示例性的，如图3所示，当主机11与多个从机12连接时，例如，从机12的数量为3个，第一电容c1充电后电压为2.5v，第一电容c1放电后电压不低于2.4v，从机12的最大工作电流为0.1ma，第一电容c1分别与3个第三电阻r3并联后的电阻值为1.3kω，i2c总线的通讯速率为100kb/s，对应的每个通讯周期中串行时钟线101低电平的时间为5us，即第一电容c1的放电时间，代入计算公式0.5cu
02-u
12
＝u0×
i+u0÷r×
t，可得第一电容c1的电容量为0.10uf。
72.上述实施例中，基于上述i2c总线通讯电路的实现方法,通过基于主机11和从机12工作电压不同的情况下，根据从机12的工作电压范围确定分压电路15中各个元器件的具体
参数，使得在串行时钟线101在空闲时间为分压电路15中的第一电容c1充电，能够为从机12在一个通讯周期内供电，进而实现主机11与从机12进行i2c总线通讯时只需用到串行时钟线101、串行数据线102和接地线，同时无需增加线性电源ldo，大大减少i2c总线通讯电路的制造成本。
73.在一个实施例中，还提供了一种电子设备，该电子设备包括如上述的i2c总线通讯电路。
74.关于上述的i2c总线通讯电路的具体说明请参照上述实施例的描述，在此不再赘述。
75.上述实施例中，基于电子设备采用上述实施例的i2c总线通讯电路，能够实现电子设备中的控制器与被控制器在工作电压不同的情况下建立i2c总线通讯，较低制造成本、耗能低的i2c总线通讯电路不仅有利于该电子设备的市场普及应用，而且也有利于该电子设备的附加价值。
76.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
77.以上实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。