【導讀】雙向總線（例如
，I 2 C、SMBus 和 LIN）在當今的電子產品中已變得無處不在
，部分原因在於它們的簡單性。僅使用兩條線——數據線和時鍾線——多個設備就可以相互通信。根據I 2 C總線規範

，多128個設備可以共享相同的數據和時鍾線
；這是通過在每個設備上使用外部上拉電阻和開漏驅動器來實現的。如果沒有設備在傳輸 0，則總線自然會被上拉電阻拉到 1。但是，總線上的任何設備都可以將其拉為 0。

雙向總線介紹

雙向總線（例如，I 2 C、SMBus 和 LIN）在當今的電子產品中已變得無處不在，部分原因在於它們的簡單性。僅使用兩條線——數據線和時鍾線——多個設備就可以相互通信。根據I 2 C總線規範，多128個設備可以共享相同的數據和時鍾線；這是通過在每個設備上使用外部上拉電阻和開漏驅動器來實現的。如果沒有設備在傳輸 0

，則總線自然會被上拉電阻拉到 1。但是，總線上的任何設備都可以將其拉為 0。

允許總線master隨時驅動總線，slave在一定時間內響應總線master的查詢

收shou到dao查zha詢xun後hou。在zai多duo主zhu機ji場chang景jing中zhong，充chong當dang總zong線xian主zhu機ji的de各ge個ge設she備bei需xu要yao執zhi行xing自zi己ji的de總zong線xian仲zhong裁cai。希xi望wang斷duan言yan對dui總zong線xian的de控kong製zhi的de總zong線xian主zhu機ji需xu要yao通tong過guo將jiang其qi拉la至zhi 0 來對其進行測試；這會通知其他主設備正在使用總線。

為什麼拆分雙向總線？

I 2 C 總線規範 [1] 包含一個參考電路，允許將其分為輸入和輸出對。出於多種原因需要此配置。首先，在安全、噪聲和接地問題的情況下
，分離總線可用於光學隔離總線主機和從機（圖 1 ）。此外
，可以通過放大分離總線（圖 2）或(huo)用(yong)執(zhi)行(xing)媒(mei)體(ti)轉(zhuan)換(huan)的(de)電(dian)路(lu)替(ti)換(huan)放(fang)大(da)器(qi)來(lai)實(shi)現(xian)性(xing)能(neng)提(ti)升(sheng)。這(zhe)可(ke)以(yi)增(zeng)加(jia)總(zong)線(xian)的(de)工(gong)作(zuo)距(ju)離(li)
，並(bing)通(tong)過(guo)減(jian)少(shao)電(dian)容(rong)來(lai)提(ti)高(gao)性(xing)能(neng)。隨(sui)著(zhe)電(dian)容(rong)下(xia)降(jiang)
，信(xin)號(hao)時(shi)間(jian)常(chang)數(shu) t 將由上拉電阻決定。

 
圖 1  雙向總線隔離

 
圖2  雙向總線中繼器

對(dui)於(yu)那(na)些(xie)設(she)計(ji)雙(shuang)向(xiang)總(zong)線(xian)控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)人(ren)

，可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)總(zong)線(xian)拆(chai)分(fen)技(ji)術(shu)進(jin)行(xing)調(tiao)試(shi)。雙(shuang)向(xiang)協(xie)議(yi)的(de)典(dian)型(xing)調(tiao)試(shi)變(bian)得(de)困(kun)難(nan)
，因(yin)為(wei)行(xing)為(wei)不(bu)當(dang)的(de)控(kong)製(zhi)器(qi)可(ke)能(neng)將(jiang)總(zong)線(xian)拉(la)到(dao) 0，而er另ling一yi個ge控kong製zhi器qi正zheng在zai斷duan言yan對dui總zong線xian的de控kong製zhi。這zhe種zhong情qing況kuang使shi得de在zai不bu知zhi道dao每mei個ge設she備bei控kong製zhi器qi的de內nei部bu狀zhuang態tai的de情qing況kuang下xia不bu可ke能neng識shi別bie總zong線xian上shang的de傳chuan輸shu設she備bei。然ran而er，通tong過guo監jian控kong圖tu 2中的 /gateB1 和 /gateA2 線路
， 可以僅使用標準實驗室設備和調試技術來識別傳輸設備和總線的任何同時斷言。

總線拆分技術可用於將支持 I 2 C 的設備連接到另一個沒有 I 2 C 控製器的設備。在這種情況下，分離總線可以連接到其他設備的 GPIO（圖 3）。

圖 3  連接到 GPIO 的拆分總線

有幾個已發布的電路可以拆分雙向總線。不幸的是，用於分離總線應用的參考電路要麼需要為特定應用專門設計的電路（如 見於已發表的文章）
，或需要使用傳輸門的外部控製邏輯（如 I 2C 標準中所示）允許發送器和接收器進行通信，而不會創建導致閂鎖的反饋路徑。閂鎖情況在圖 2中很明顯，其中 IOA 將總線拉至 0 迫使 IOB 通過 /gateB1 拉至 0，然後強製 IOA 通過 /gateA2 無限期拉至 0。

benshejilinianzhongjieshaodeshuangbianzhongcaiqikeyijiangshuangxiangzongxianchaifenweifasonghejieshoudui，bingyitongyongfangshigoujian，shiqikeyongyurenhechaifenzongxianyingyong。ciwai
，tabuxuyaowaibukongzhiluoji——總線僅由數據總線的狀態控製：

圖 4  雙邊仲裁器使能電路

雙邊仲裁

圖 5中所示的仲裁器由圖 4中的交叉耦合使能電路組成，之所以起作用
，是因為根據定義，雙向總線僅支持半雙工通信。在穩定狀態下，DATA 總線被上拉電阻 R1 和 R2 拉高，迫使 OUT1 和 OUT2 為 0。這使兩個 NMOS FET 都處於截止狀態。當IC1拉低DATA時，OUT1變為1
，使Q2拉低IC2的DATA總線。同時，OUT1 被饋送到或非門 U2 的輸入端，斷開從 OUT2 返回到 Q1 defankuihuilu。fankuihuiludezhezhongzhongduanxiaochulebisuotiaojian
，shiderenheqitakongzhiluojidoubiandebubiyao，yinweigeduanyanqishujuxiandedianluyingdelebisai，bingtongguohuofeimenzusailelingyigedianlu。

圖5  雙向總線的雙邊仲裁

 
圖 6  雙邊仲裁啟用總線放大

由於電路的通用性，雙邊仲裁可應用於任何拆分總線應用。圖 6 xianshileyingyongyufangdadeshuangbianzhongcai。tongguofenbieyongmeitizhuanhuandianluhuoguanggeliqitihuanfangdaqizujian
，zhekeyihenrongyidikuozhandaomeitizhuanhuanhezongxiangeli。chuyutiaoshizongxiankongzhiqidemude，keyijiankongfangdaqizhijiandexianluyibangzhushibieguzhangzongxiankongzhiqi。tu 7 顯示了應用於 I 2 C 到 GPIO 連接的雙邊仲裁。

圖 7  I 2 C 到 GPIO 連接

結論

將雙向總線分成發送/接收對有多種原因。從提高性能到啟用調試再到隔離，總線分離是一種許多設計人員都曾發現有用的技術。

雙(shuang)邊(bian)仲(zhong)裁(cai)是(shi)一(yi)種(zhong)總(zong)線(xian)仲(zhong)裁(cai)技(ji)術(shu)
，可(ke)實(shi)現(xian)大(da)多(duo)數(shu)總(zong)線(xian)拆(chai)分(fen)應(ying)用(yong)。它(ta)依(yi)賴(lai)於(yu)雙(shuang)向(xiang)總(zong)線(xian)通(tong)信(xin)的(de)行(xing)為(wei)來(lai)消(xiao)除(chu)對(dui)外(wai)部(bu)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)的(de)需(xu)求(qiu)，並(bing)且(qie)足(zu)夠(gou)通(tong)用(yong)以(yi)用(yong)於(yu)許(xu)多(duo)應(ying)用(yong)程(cheng)序(xu)而(er)不(bu)會(hui)增(zeng)加(jia)不(bu)必(bi)要(yao)的(de)複(fu)雜(za)性(xing)。

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