用于2-Wire總線應(yīng)用的上升時(shí)間加速器電路

包含2-Wire總線的應(yīng)用（如I2C或SMBus?）需要在上升時(shí)間、功耗和抗擾度之間進(jìn)行權(quán)衡。由于這種漏極開路總線上從低到高轉(zhuǎn)換的上升時(shí)間由上拉電阻和總線電容決定，因此在添加外設(shè)、布線走線和連接器時(shí)，很難保持干凈、快速的邊沿。為了解決這些上升時(shí)間問(wèn)題，本應(yīng)用筆記介紹了一種上升時(shí)間加速器電路，該電路提供了一種加快上升時(shí)間、提高抗擾度和最小化功耗的簡(jiǎn)單方法。

電路說(shuō)明

在某些2-Wire總線應(yīng)用中，正確尺寸的上拉電阻可提供足夠快的上升時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)良好的抗噪性以及可接受的功耗。然而，具有高總線電容的大型系統(tǒng)或具有嚴(yán)格功率要求的便攜式系統(tǒng)可能需要有源電路來(lái)實(shí)現(xiàn)更短的漏極開路信號(hào)上升時(shí)間。

圖1所示為上升時(shí)間加速器電路，該電路利用MAX3373加快上升時(shí)間，同時(shí)提高抗擾度并降低功耗。這里使用MAX3373低壓電平轉(zhuǎn)換器，是因?yàn)樗哂屑铀偕仙龝r(shí)間的能力，而不是作為轉(zhuǎn)換器的能力。當(dāng)該IC檢測(cè)到I/O引腳上的電壓上升時(shí)，它會(huì)短暫開啟內(nèi)部強(qiáng)上拉（pFET），從而快速為寄生總線電容充電。然后，加速器電路在短時(shí)間后被禁用，僅留下內(nèi)部10kΩ上拉電阻（加上任何外部上拉電阻）來(lái)維持高邏輯電平。

圖1.MAX3373利用上升時(shí)間加速電路在快速總線上驅(qū)動(dòng)高電容。

績(jī)效評(píng)估

MAX3373作為上升時(shí)間加速器的有效性使用圖2所示電路進(jìn)行測(cè)試，其中分立式漏極開路FET同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩條獨(dú)立的線路。通道1由MAX3373加速，通道2端接簡(jiǎn)單的上拉電阻和寄生電容（兩條線路的C相同）。MAX3373的有效上拉電阻僅為5kΩ，因?yàn)槠漭斎牒洼敵霭▋?nèi)部10kΩ上拉電阻（I/O V抄送和 I/O VL引腳）。結(jié)果顯示了110pF的良性情況（圖3）和I2C總線上允許的最大400pF（圖4）。（請(qǐng)注意這些圖中不同的時(shí)間尺度。

圖2.該電路用于評(píng)估MAX3373電路的上升時(shí)間、電容和時(shí)鐘速率。通道1利用MAX3373加速上升時(shí)間，而通道2的上升時(shí)間由簡(jiǎn)單的上拉電阻和寄生電容決定。

為了判斷MAX3373電路的優(yōu)勢(shì)，可以考慮2線總線常見的時(shí)鐘速度：100kHz和400kHz。在100kHz時(shí)，周期為10μs，高電平狀態(tài)僅為5μs。因此，~110pF電容和5kΩ上拉電阻（圖3）的上升時(shí)間為~1.25μs，僅為周期的12%。對(duì)于這些條件，在沒有上升時(shí)間加速的情況下，性能應(yīng)該是可以接受的。

圖3.圖解MAX3373電路（通道1）與非加速電路（通道2）在5kΩ上拉、100kHz時(shí)鐘和110pF寄生電容下的上升時(shí)間。

然而，對(duì)于400pF的寄生電容，上升時(shí)間為~4μs，這是周期的40%，在許多100kHz系統(tǒng)中是不可接受的。在400pF系統(tǒng)中，使用MAX3373加快上升時(shí)間可在500ns內(nèi)上升90%，僅為10μs周期的5%（圖4）。

圖4.圖解MAX3373電路（通道1）與非加速電路（通道2）在5kΩ上拉、100kHz時(shí)鐘和400pF寄生電容下的上升時(shí)間。

對(duì)于400kHz總線（在2.5μs周期內(nèi)提供1.25μs的高狀態(tài)），上述5kΩ和~110pF條件提供的上升時(shí)間僅為1.25μs，這是周期的50%，通常不可接受。將電容提高到400pF會(huì)產(chǎn)生5μs的上升時(shí)間，這是周期的兩倍，顯然是不可接受的。然而，使用具有~110pF負(fù)載電容的MAX3373電路可提供250ns的90%上升時(shí)間，僅為2.5μs周期的10%;在400pF時(shí)，它的上升時(shí)間僅為~500ns，或周期的20%。

總結(jié)

使用MAX3373電路作為上升時(shí)間加速器是解決2線總線上升時(shí)間與時(shí)鐘問(wèn)題的幾種方法之一。在某些情況下，只需降低上拉電阻即可加快上升時(shí)間。然而，MAX3373提供了一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)加快上升時(shí)間，同時(shí)提高抗擾度并最大限度地降低功耗。

審核編輯：郭婷