I2C（Inter-Integrated Circuit）協(xié)議是一種串行通信協(xié)議，由Philips Semiconductor（現(xiàn)為NXP Semiconductors）在1980年代初期開發(fā)。它被設(shè)計(jì)用于連接微控制器和其他集成電路，允許它們通過僅兩根線（數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘線SCL）進(jìn)行通信。

1. 通信線路

• SDA（數(shù)據(jù)線） ：用于傳輸數(shù)據(jù)。
• SCL（時(shí)鐘線） ：用于同步數(shù)據(jù)傳輸。

2. 電氣特性

• 電壓水平 ：I2C協(xié)議支持不同的電壓水平，包括3.3V、5V等。這允許I2C總線在不同的電壓級(jí)別上工作，但需要確保所有連接到總線的設(shè)備都能在相同的電壓水平上工作。
• 上拉電阻 ：SDA和SCL線需要外部上拉電阻，以確保在沒有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)線路保持高電平。這些電阻通常連接到電源電壓，其值取決于總線長(zhǎng)度和負(fù)載電容。
• 開漏輸出 ：I2C設(shè)備使用開漏輸出，這意味著它們可以拉低SDA或SCL線，但不能將其拉高。上拉電阻確保了沒有設(shè)備驅(qū)動(dòng)時(shí)線路保持高電平。
• 電平變化速率 ：I2C協(xié)議規(guī)定了電平變化的速率，以確保數(shù)據(jù)在總線上穩(wěn)定傳輸。這通常與時(shí)鐘頻率有關(guān)。
• 噪聲容限 ：I2C協(xié)議具有一定的噪聲容限，允許在有噪聲干擾的情況下穩(wěn)定工作。

3. 時(shí)鐘頻率

I2C協(xié)議定義了不同的時(shí)鐘頻率模式：

• 標(biāo)準(zhǔn)模式 ：時(shí)鐘頻率為100kHz。
• 快速模式 ：時(shí)鐘頻率為400kHz。
• 快速模式加 ：時(shí)鐘頻率為1MHz。
• 高速模式 ：時(shí)鐘頻率為3.4MHz。
• 超高速模式 ：時(shí)鐘頻率為5MHz。

4. 信號(hào)完整性

• 總線電容 ：I2C總線的電容會(huì)影響信號(hào)完整性和時(shí)鐘頻率。總線電容包括電纜電容和設(shè)備電容。
• 總線長(zhǎng)度 ：較長(zhǎng)的總線可能會(huì)引入信號(hào)延遲和反射，影響信號(hào)完整性。I2C協(xié)議規(guī)定了最大總線長(zhǎng)度，以確保可靠的通信。

5. 地址和數(shù)據(jù)格式

• 地址位 ：I2C協(xié)議使用7位或10位地址，允許連接多個(gè)設(shè)備到同一總線上。
• 數(shù)據(jù)位 ：數(shù)據(jù)傳輸可以是8位或16位，具體取決于設(shè)備和協(xié)議。

6. 總線仲裁

• 多主機(jī)環(huán)境 ：在多主機(jī)環(huán)境中，I2C協(xié)議支持總線仲裁，確保只有一個(gè)主機(jī)在任何給定時(shí)間控制總線。

7. 信號(hào)同步

• 時(shí)鐘同步 ：SCL線用于同步SDA線上的數(shù)據(jù)傳輸，確保所有設(shè)備都能正確解釋數(shù)據(jù)。

8. 信號(hào)電平

• 邏輯高（高電平） ：通常定義為接近電源電壓的電平。
• 邏輯低（低電平） ：通常定義為接近地或0V的電平。

9. 電源和地

• 電源電壓 ：I2C設(shè)備需要穩(wěn)定的電源供應(yīng)，以確保正確的邏輯電平。
• 地線 ：所有設(shè)備應(yīng)共地，以減少地回路和噪聲。

10. 兼容性和擴(kuò)展性

• 電壓兼容性 ：I2C協(xié)議支持不同電壓級(jí)別的設(shè)備通過使用電平轉(zhuǎn)換器進(jìn)行通信。
• 總線擴(kuò)展 ：可以通過添加更多的設(shè)備來(lái)擴(kuò)展I2C總線，但需要考慮總線電容和信號(hào)完整性。

I2C協(xié)議的電氣特性是確保數(shù)據(jù)在不同設(shè)備之間可靠傳輸?shù)年P(guān)鍵。設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮這些特性，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。