CN101576868A - 一种i2c总线通信驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种I2C总线通信驱动电路，包括：第一传输模块(100)，用于将单向时钟信号转换成总线信号并传输；转换模块(200)，用于将接收到的本地I2C设备发送的数据信号转换成驱动信号；第二传输模块(300)，用于接收所述驱动信号并根据所述驱动信号向远端I2C设备发送总线信号；以及从远端I2C设备接收总线信号并将其转换成数据信号后提供给本地I2C设备。本发明的I2C总线通信驱动电路可以实现SDA信号线数据的双向传输。同时，由于RS485总线为差分总线，具有很高的抗干扰能力，可以实现远距离传输，理论上传输距离可以超过1公里。并且RS485驱动器在通信中广泛使用，成本不到I2C专用驱动芯片的1/2。

Description

一种I2C总线通信驱动电路
技术领域
本发明涉及驱动电路，更具体地说，涉及一种I2C总线通信驱动电路。
背景技术
I2C总线由于其成本低且使用简单而在电子设备中广泛使用。由于I2C总线采用TTL电平，驱动能力和抗干扰能力差，传输距离非常有限，因此主要用于电子设备内部通信之用，并不适合用于电子设备之间的通信。然而，近年来越来越多的传感器采用了I2C总线与电子设备进行设备间通信。为了延长I2C通信距离，一些半导体公司设计了专门的I2C驱动芯片来解决这个问题(参见图1)。
采用专门的I2C驱动芯片来进行I2C总线的长距离通信，虽然设计方案简单，但是芯片成本较高，并且需要很高的电压才能进行驱动。
因此，需要一种低成本且可用于远距离的I2C总线通信的I2C总线通信驱动电路。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的I2C总线的通信距离非常有限，而专用芯片成本又较高的缺陷，提供了一种低成本、可用于远距离通信的I2C驱动电路。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种I2C总线通信驱动电路包括：
第一传输模块，用于将单向时钟信号转换成总线信号并传输；
转换模块，用于将接收到的本地I2C设备发送的数据信号转换成驱动信号；
第二传输模块，用于接收所述驱动信号并根据所述驱动信号向远端I2C设备发送总线信号；以及从远端I2C设备接收总线信号并将其转换成数据信号后提供给本地I2C设备。
在本发明所述的I2C总线通信驱动电路中，所述第一传输模块包括第一RS485收发器，其中所述第一RS485收发器的驱动输入端连接到本地I2C设备的SCL端，驱动使能端和接收使能端连接到电源VCC，接收输出端置空，第一接收输入端和第二接收输入端连接到RS485总线。
在本发明所述的I2C总线通信驱动电路中，所述第一传输模块进一步包括电阻R9、R7和/或R6，其中所述电阻R9连接到本地I2C设备的SCL端和电源VCC之间，所述电阻R7连接到所述第一RS485收发器的第一接收输入端和电源VCC之间，所述电阻R6连接到所述第一RS485收发器的第二接收输入端和地之间。
在本发明所述的I2C总线通信驱动电路中，所述转换模块包括与非门U4、三态门U3和二极管D2，其中所述二极管D2的阳极连接本地I2C设备的SDA端、阴极连接所述三态门U3的控制端，所述与非门U4的第一输入端和第二输入端均连接到本地I2C设备的SDA端、输出端连接到所述三态门U3的输入端，所述三态门U3的输出端连接到所述第二传输模块。
在本发明所述的I2C总线通信驱动电路中，所述转换模块进一步包括二极管D1、电阻R3和电容C1，其中所述电阻R3连接到所述二极管D1的两端，所述电容C1的一端连接到所述二极管的阳极，另一端接地，所述二极管D1的阳极连接到所述与非门U4的第一输入端和第二输入端，所述二极管D2的阴极连接到本地I2C设备的SDA端。
在本发明所述的I2C总线通信驱动电路中，所述第二传输模块包括第二RS485收发器，其中所述第二RS485收发器的驱动输入端连接到本地I2C设备的SDA端，驱动使能端和接收使能端连接到所述三态门U3的输出端，接收输出端连接到二极管D2的阴极，第一接收输入端和第二接收输入端连接到总线。
在本发明所述的I2C总线通信驱动电路中，所述转换模块包括与非门U4、三态门U3、二极管D2，其中所述二极管D2的阳极连接本地I2C设备的SDA端、阴极连接到所述三态门U3的控制端，所述三态门U3的输入端连接到本地I2C设备的SDA端，输出端连接到所述与非门U4的第一输入端和第二输入端，所述与非门U4的输出端连接到所述第二传输模块。
在本发明所述的I2C总线通信驱动电路中，所述转换模块进一步包括二极管D1、电阻R3和电容C1，其中所述电阻R3连接到所述二极管D1的两端，所述电容C1的一端连接到所述二极管的阳极，另一端接地，所述二极管D1的阳极连接到所述三态门U3的输入端，所述二极管D2的阴极连接到本地I2C设备的SDA端。
在本发明所述的I2C总线通信驱动电路中，所述第二传输模块包括第二RS485收发器，其中所述第二RS485收发器的驱动输入端连接到本地I2C设备的SDA端，驱动使能端和接收使能端连接到与非门U4的输出端，接收输出端连接到二极管D2的阴极，第一接收输入端和第二接收输入端连接到总线。
在本发明所述的I2C总线通信驱动电路中，所述I2C总线通信驱动电路进一步包括电阻R8、R4、R5和/或R2，其中所述电阻R2连接到电源VCC和本地I2C设备的SDA端之间，所述电阻R8连接到所述第二RS485收发器的第一接收输入端和电源VCC之间，所述电阻R4连接到所述第二RS485收发器的第二接收输入端和地之间，所述电阻R5连接到所述第二RS485收发器的驱动使能端和接收使能端和地之间。
本发明的I2C总线通信驱动电路可以实现SDA信号线数据的双向传输。同时，由于RS485总线为差分总线，具有很高的抗干扰能力，可以实现远距离传输，理论上传输距离可以超过1公里。并且RS485驱动器在通信中广泛使用，成本不到I2C专用驱动芯片的1/2
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是现有技术的专用I2C驱动芯片延长通信距离的示意图；
图2是本发明的I2C总线通信驱动电路的第一实施例的原理框图；
图3是本发明的I2C总线通信驱动电路的第二实施例的电路原理图；
图4是本发明的I2C总线通信驱动电路的第三实施例的电路原理图；
图5是本发明的I2C总线通信驱动电路的第四实施例的电路原理图。
具体实施方式
图2是本发明的I2C总线通信驱动电路的第一实施例的原理框图。如图2所示，本发明的I2C总线通信驱动电路包括第一传输模块100，用于将单向时钟信号转换成总线信号并传输；转换模块200，用于将接收到的本地I2C设备发送的数据信号转换成驱动信号；第二传输模块300，用于接收所述驱动信号并根据所述驱动信号向远端I2C设备发送总线信号；以及从远端I2C设备接收总线信号并将其转换成数据信号后提供给本地I2C设备。实施本发明的I2C总线通信驱动电路，成本交底并且可用于远距离通信。
图3是本发明的I2C总线通信驱动电路的第二实施例的电路原理图。如图3所示，本发明的I2C总线通信驱动电路包括，RS485芯片U1、U2，与非门U4、三态门U3和二极管D2。其中RS485芯片U2的驱动输入端D连接到本地I2C设备的SCL端，驱动使能端DE和接收使能端RE连接到电源VCC，接收输出端R置空，第一接收输入端A和第二接收输入端B连接到RS485总线。所述二极管D2的阳极连接本地I2C设备的SDA端、阴极连接所述三态门U3的控制端，所述与非门U4的第一输入端和第二输入端均连接到本地I2C设备的SDA端、输出端连接到所述三态门U3的输入端，所述三态门U3的输出端连接到RS485芯片U1的驱动使能端DE和接收使能端RE。RS485芯片U1的驱动输入端D连接到本地I2C设备的SDA端，驱动使能端DE和接收使能端RE连接到与非门U4的输出端，接收输出端R连接到二极管D2的阴极，第一接收输入端A和第二接收输入端B连接到总线。
在该实施例中，还示出了多个电阻，如电阻R1、R2，以及R4-R9，其中电阻R9连接到本地I2C设备的SCL端和电源VCC之间，所述电阻R7连接到所述RS485芯片U2的第一接收输入端A和电源VCC之间，所述电阻R6连接到所述RS485芯片U2的第二接收输入端B和地之间。所述电阻R2连接到电源VCC和本地I2C设备的SDA端之间，所述电阻R8连接到所述RS485芯片U1的第一接收输入端A和电源VCC之间，所述电阻R4连接到所述RS485芯片U1的第二接收输入端B和地之间，所述电阻R5连接到RS485芯片U1的驱动使能端DE和接收使能端RE和地之间。电阻R1连接到电源VCC和三态门U3的控制端。在本发明的简化实施例中，可以省略其中的一个或多个电阻。
图4是本发明的I2C总线通信驱动电路的第三实施例的电路原理图。本发明的I2C总线通信驱动电路包括，RS485芯片U1、U2，与非门U4、三态门U3和二极管D2。其中RS485芯片U2的驱动输入端D连接到本地I2C设备的SCL端，驱动使能端DE和接收使能端RE连接到电源VCC，接收输出端R置空，第一接收输入端A和第二接收输入端B连接到RS485总线。所述二极管D2的阳极连接本地I2C设备的SDA端、阴极连接所述三态门U3的控制端，所述与非门U4的第一输入端和第二输入端均连接到本地I2C设备的SDA端、输出端连接到所述三态门U3的输入端，所述三态门U3的输出端连接到RS485芯片U1的驱动使能端RE和接收使能端DE。RS485芯片U1的驱动输入端D连接到本地I2C设备的SDA端，驱动使能端DE和接收使能端RE连接到与非门U4的输出端，接收输出端R连接到二极管D2的阴极，第一接收输入端A和第二接收输入端B连接到总线。
其中该驱动电路还包括二极管D1、电阻R3和电容C1，其中所述电阻R3连接到所述二极管D1的两端，所述电容C1的一端连接到所述二极管的阳极，另一端接地，所述二极管D1的阳极连接到所述三态门U3的输入端，所述二极管D2的阴极连接到本地I2C设备的SDA端。在该实施例中，由于驱动电路中包括了二极管D1、电阻R3和电容C1，因此其具有很好的通用性，因此RS485芯片U1可以是任意一种类型的RS485收发器，其数据发送更为可靠，并且对RS485芯片U1的时延没有要求。
在该实施例中，还示出了多个电阻，如电阻R1、R2，以及R4-R9，其中电阻R9连接到本地I2C设备的SCL端和电源VCC之间，所述电阻R7连接到所述RS485芯片U2的第一接收输入端A和电源VCC之间，所述电阻R6连接到所述RS485芯片U2的第二接收输入端B和地之间。所述电阻R2连接到电源VCC和本地I2C设备的SDA端之间，所述电阻R8连接到所述RS485芯片U1的第一接收输入端A和电源VCC之间，所述电阻R4连接到所述RS485芯片U1的第二接收输入端B和地之间，所述电阻R5连接到RS485芯片U1的驱动使能端DE和接收使能端RE和地之间。电阻R1连接到电源VCC和三态门U3的控制端。在本发明的简化实施例中，可以省略其中的一个或多个电阻。
以图4为例，对本发明的I2C总线通信驱动电路的工作原理作以下说明，I2C设备的SCL信号为单向时钟信号，可以直接被RS485芯片U2转换为差分信号进行传输。SDA为双向数据信号，需经过转换模块后才被RS485芯片U1转换为差分信号。
上电时，SDA为高电平，SDA_RXD为高电平，RS485_RE#为低电平，因此RS485芯片U1芯片处于接收数据状态。当远端I2C设备发送低电平信号时，RS485芯片U1的SDA_RXD信号线为低电平，二极管D2导通，SDA信号线将接收到低电平。当远端I2C设备发送高电平时，SDA_RXD信号线也会高电平，二极管D2截止，SDA信号线将接收到高电平。
当本地I2C设备发送低电平时，二极管D2截止，SDA_RXD为高电平，与非门U4输出高电平，三态门U3输出高电平，即RS485_RE#为高电平，RS485芯片U1处于发送状态，数据被发送到远端；当发送高电平数据时，与非门U4输出低电平，三态门U3输出低电平，RS485芯片U1输出为高阻态，由于总线上的上下拉电阻的作用，远端I2C设备将收到高电平。
通过以上分析可以看出，该电路可以实现SDA信号线数据的双向传输。同时，由于RS485总线为差分总线，具有很高的抗干扰能力，可以实现远距离传输，理论上传输距离可以超过1公里。RS485驱动芯片在通信中广泛使用，成本不到I2C专用驱动芯片的1/2。
图5是本发明的I2C总线通信驱动电路的第四实施例的电路原理图。在该实施例中，可以将与非门U4和三态门U3的位置互换，在该实施例中，该三态门U3是低电平控制有效的三态门，其控制原理可参照图4的描述。
如图5所示，所述二极管D2的阳极连接本地I2C设备的SDA端、阴极连接到所述三态门U3的控制端，所述三态门U3的输入端连接到本地I2C设备的SDA端，输出端连接到所述与非门U4的第一输入端和第二输入端，所述与非门U4的输出端连接到RS485芯片U1的驱动使能端RE和接收使能端DE。RS485芯片U1的驱动输入端D连接到本地I2C设备的SDA端，接收输出端R连接到二极管D2的阴极，第一接收输入端A和第二接收输入端B连接到总线。
在图5示出的I2C总线通信驱动电路中，进一步包括二极管D1、电阻R3和电容C1，其中所述电阻R3连接到所述二极管D1的两端，所述电容C1的一端连接到所述二极管的阳极，另一端接地，所述二极管D1的阳极连接到所述三态门U3的输入端，所述二极管D2的阴极连接到本地I2C设备的SDA端。
因此，本发明的I2C总线通信驱动电路可以实现SDA信号线数据的双向传输。同时，由于RS485总线为差分总线，具有很高的抗干扰能力，可以实现远距离传输，理论上传输距离可以超过1公里。并且RS485驱动器在通信中广泛使用，成本不到I2C专用驱动芯片的1/2。
虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (10)

1、一种I2C总线通信驱动电路，其特征在于，包括：
第一传输模块(100)，用于将单向时钟信号转换成总线信号并传输；
转换模块(200)，用于将接收到的本地I2C设备发送的数据信号转换成驱动信号；
第二传输模块(300)，用于接收所述驱动信号并根据所述驱动信号向远端I2C设备发送总线信号；以及从远端I2C设备接收总线信号并将其转换成数据信号后提供给本地I2C设备。
2、根据权利要求1所述的I2C总线通信驱动电路，其特征在于，所述第一传输模块(100)包括第一RS485收发器，其中所述第一RS485收发器的驱动输入端连接到本地I2C设备的SCL端，驱动使能端和接收使能端连接到电源VCC，接收输出端置空，第一接收输入端和第二接收输入端连接到RS485总线。
3、根据权利要求2所述的I2C总线通信驱动电路，其特征在于，所述第一传输模块(100)进一步包括电阻R9、R7和/或R6，其中所述电阻R9连接到本地I2C设备的SCL端和电源VCC之间，所述电阻R7连接到所述第一RS485收发器的第一接收输入端和电源VCC之间，所述电阻R6连接到所述第一RS485收发器的第二接收输入端和地之间。
4、根据权利要求1所述的I2C总线通信驱动电路，其特征在于，所述转换模块(200)包括与非门U4、三态门U3和二极管D2，其中所述二极管D2的阳极连接本地I2C设备的SDA端、阴极连接所述三态门U3的控制端，所述与非门U4的第一输入端和第二输入端均连接到本地I2C设备的SDA端、输出端连接到所述三态门U3的输入端，所述三态门U3的输出端连接到所述第二传输模块(200)。
5、根据权利要求4所述的I2C总线通信驱动电路，其特征在于，所述转换模块(200)进一步包括二极管D1、电阻R3和电容C1，其中所述电阻R3并联到所述二极管D1的两端，所述电容C1的一端连接到所述二极管D1的阳极，另一端接地，所述二极管D1的阳极连接到所述与非门U4的第一输入端和第二输入端，所述二极管D2的阴极连接到本地I2C设备的SDA端。
6、根据权利要求5所述的I2C总线通信驱动电路，其特征在于，所述第二传输模块(300)包括第二RS485收发器，其中所述第二RS485收发器的驱动输入端连接到本地I2C设备的SDA端，驱动使能端和接收使能端连接到所述三态门U3的输出端，接收输出端连接到二极管D2的阴极，第一接收输入端和第二接收输入端连接到总线。
7、根据权利要求1所述的I2C总线通信驱动电路，其特征在于，所述转换模块(200)包括与非门U4、三态门U3、二极管D2，其中所述二极管D2的阳极连接本地I2C设备的SDA端、阴极连接到所述三态门U3的控制端，所述三态门U3的输入端连接到本地I2C设备的SDA端，输出端连接到所述与非门U4的第一输入端和第二输入端，所述与非门U4的输出端连接到所述第二传输模块(200)。
8、根据权利要求7所述的I2C总线通信驱动电路，其特征在于，所述转换模块(200)进一步包括二极管D1、电阻R3和电容C1，其中所述电阻R3连接到所述二极管D1的两端，所述电容C1的一端连接到所述二极管的阳极，另一端接地，所述二极管D1的阳极连接到所述三态门U3的输入端，所述二极管D2的阴极连接到本地I2C设备的SDA端。
9、根据权利要求8所述的I2C总线通信驱动电路，其特征在于，所述第二传输模块(300)包括第二RS485收发器，其中所述第二RS485收发器的驱动输入端连接到本地I2C设备的SDA端，驱动使能端和接收使能端连接到与非门U4的输出端，接收输出端连接到二极管D2的阴极，第一接收输入端和第二接收输入端连接到总线。
10、根据权利要求5或8所述的I2C总线通信驱动电路，其特征在于，所述I2C总线通信驱动电路进一步包括电阻R8、R4、R5和/或R2，其中所述电阻R2连接到电源VCC和本地I2C设备的SDA端之间，所述电阻R8连接到所述第二RS485收发器的第一接收输入端和电源VCC之间，所述电阻R4连接到所述第二RS485收发器的第二接收输入端和地之间，所述电阻R5连接到所述第二RS485收发器的驱动使能端和接收使能端和地之间。
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