CN110704354A - 一种i2c通信总线的共模噪声抑制方法和总线网络 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种I2C通信总线的共模噪声抑制方法和总线网络，方法包括：设置I2C总线包括数据线、数据线信号地、时钟线以及时钟线信号地；在每个参与I2C通信的设备的SDA引脚与I2C总线的数据线和数据线信号地之间增加第一共模滤波器，在每个参与I2C通信的设备的SCL引脚与I2C总线的时钟线和时钟线信号地之间增加第二共模滤波器，所述设备包括主机和从机。本发明能够提高抗干扰能力，端口处波形完整、质量高，且通信距离长、允许多次跨电路板传输。

Description

一种I2C通信总线的共模噪声抑制方法和总线网络
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种I2C通信总线的共模噪声抑制方法和总线网络。
背景技术
I2C总线由于接口简单，硬件开销小，广泛应用于板级CPU与其它CPU、外设之间的短距离低速率通信。图1为典型的I2C总线通信结构，主要包括：
主机设备；主机设备可以是电路板、独立设备等；
从机设备1，从机设备2，…
I2C通信线，包括数据线(SDA)，时钟线(SCL)，信号地(GND)，I2C通信线可以是PCB走线或者多芯软塑线等；
外界干扰信号，可以是临近开关电源、继电器、开关等强干扰源产生的电磁辐射信号。
主机设备内包含I2C主机，其在I2C通信中处于主机位置，向从机设备1内的I2C从机1发送命令，I2C从机1收到命令后，再回复应答数据至I2C主机；主机设备与从机设备2等的通信同上。
各设备内的GND信号地，和+3.3V电源由各设备自身的电源提供；各I2C端口处的上拉电阻用于增强所在端口的输出驱动能力。
I2C总线存在时序要求严格，抗干扰能力差的缺点。在长距离(>1m)、跨电路板、靠近强电磁辐射干扰源这几种不利因素存在一种或者几种的情况下，因设计需要仍需使用I2C总线进行数据通信的场合中，由于I2C通信线路上会耦合进噪声信号，当噪声含量足够大时，会导致I2C通信失败。因此必须针对I2C通信线路采用一定的抗干扰或者滤波措施，以消除I2C通信线路上耦合进的噪声对通信的不利影响。
常用的硬件滤波措施有如图2所示的几种，归纳起来，就是在主机或从机的I2C端口与总线之间插入低通滤波器，即假定噪声信号为高频信号，I2C通信信号为低频信号，通过在I2C端口与总线之间插入低通滤波器，消除高频的噪声信号，保留有用的I2C通信信号。
图2所示的几种低通滤波措施中，若滤波电阻、滤波电容取值过小，会达不到滤波效果；若滤波器件取值过大，则会导致I2C通信信号失真。因此，图2所示的滤波措施只能有限地提升I2C通信质量。
此外，由于干扰源的不确定性，I2C总线上耦合的噪声信号一般频段较宽(1MHz-1GHz)，导致I2C总线的常用通信速率100kbps、400kbps、3.4Mbps等与噪声频段接近或者直接位于噪声频段内，进一步降低了常规滤波方案的滤波效率，使滤波器参数选择极为困难，甚至需要使用复杂的带通滤波器，使得I2C总线硬件开销大增，不利于系统稳定。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种能够提高抗干扰能力且通信距离长，允许多次跨电路板传输的I2C通信总线的共模噪声抑制方法和总线网络。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种I2C通信总线的共模噪声抑制方法，包括：
设置I2C总线包括数据线、数据线信号地、时钟线以及时钟线信号地；
在每个参与I2C通信的设备的SDA引脚与I2C总线的数据线和数据线信号地之间增加第一共模滤波器，在每个参与I2C通信的设备的SCL引脚与I2C总线的时钟线和时钟线信号地之间增加第二共模滤波器，所述设备包括主机和从机。
作为优选，所述第一共模滤波器和所述第二共模滤波器均为共模电感。
作为优选，所述共模电感的电感量大于100uH(100kHz)，单路电阻小于1Ω。
作为优选，所述共模电感为贴片式共模电感。
作为优选，四路所述通信线采用PCB走线。
作为优选，四路所述通信线采用多芯软塑线。
作为优选，设置所述第一共模滤波器和所述第二共模滤波器靠近设备的I2C接口。
一种I2C通信总线网络，包括：
I2C通信线，包括数据线、数据线信号地、时钟线以及时钟线信号地；
主机设备，包括I2C主机和两个共模滤波器，两个所述共模滤波器的1端口均接地，2端口分别连接所述I2C主机的SDA脚和SCL脚，其中一个所述共模滤波器的3端口和4端口分别连接数据线和数据线信号地，另一个所述共模滤波器的3端口和4端口分别连接时钟线和时钟线信号地；
从机设备，包括I2C从机和两个共模滤波器，两个所述共模滤波器的1端口均接地，2端口分别连接所述I2C从机的SDA脚和SCL脚，其中一个所述共模滤波器的3端口和4端口分别连接数据线和数据线信号地，另一个所述共模滤波器的3端口和4端口分别连接时钟线和时钟线信号地；
所述从机设备至少为一个。
作为优选，所述共模滤波器为共模电感。
作为优选，所述共模电感为贴片式共模电感，其电感量大于100uH(100kHz)，单路电阻小于1Ω。
采用上述技术方案后，本发明的有益效果是：能够在硬件电路增加幅度不大的前提下，较好地滤除耦合到I2C总线上的噪声信号，同时保证主机或者从机I2C端口处通信波形的信号完整，抗干扰能力较强，其通信距离可以在芯片端口驱动能力允许的前提下尽量长，且允许多次跨电路板传输；此外，共模电感只流过I2C信号电流，因此可以选用较小的磁芯、较细的导线，其体积可以做到非常小，选用贴片式共模电感，只占用到很小的PCB板面。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术的技术方案，附图如下：
图1为现有技术中常规I2C总线通信网络；
图2为现有技术中常规I2C总线通信网络的多种滤波方案示意图；
图3为本发明优选的一种I2C通信总线网络。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
本实施例提供一种I2C通信总线的共模噪声抑制方法，包括：
设置I2C总线包括数据线、数据线信号地、时钟线以及时钟线信号地；
在每个参与I2C通信的设备的SDA引脚与I2C总线的数据线和数据线信号地之间增加第一共模滤波器，在每个参与I2C通信的设备的SCL引脚与I2C总线的时钟线和时钟线信号地之间增加第二共模滤波器，所述设备包括主机和从机。即主机和从机上均按照上文所述的方式增加两个共模滤波器。
上述方案增加了一条地线，并在设备的数据线与数据线信号地之间、时钟线与时钟线信号地之间插入了共模滤波器，能够在硬件电路增加幅度不大的前提下，较好地滤除耦合到I2C总线上的噪声信号，同时保证主机或者从机I2C端口处通信波形的信号完整。
作为优选，所述第一共模滤波器和所述第二共模滤波器均为共模电感，共模电感既可以采用商用共模电感、也可以自制，优选所述共模电感的电感量大于100uH(100kHz)，单路电阻小于1Ω。
作为优选，所述共模电感为贴片式共模电感。由于共模电感只流过I2C信号电流，因此可以选用较小的磁芯、较细的导线，其体积可以做到非常小，选用商用的贴片式共模电感或自行设计共模电感并做成贴片式，有利于减小PCB板面占用。
四路所述通信线采用PCB走线。或者可选地，四路所述通信线采用多芯软塑线。选择何种配线形式，取决于I2C总线通信网络运行环境。
设置所述第一共模滤波器尽可能靠近设备的SDA引脚，设置所述第二共模滤波器尽可能靠近设备的SCL引脚。有利于更好地滤除耦合到I2C总线上的噪声信号。
实施例2
如图3所示，本实施例提供一种I2C通信总线网络，包括：
I2C通信线，包括数据线（SDA）、数据线信号地（SDA_GND）、时钟线（SCL）以及时钟线信号地（SCL_GND）；I2C通信线可以是PCB走线或者多芯软塑线等；
主机设备，包括I2C主机和两个共模滤波器（L1和L2），两个所述共模滤波器的1端口均接地，2端口分别连接所述I2C主机的SDA脚和SCL脚，其中一个所述共模滤波器的3端口和4端口分别连接数据线和数据线信号地，另一个所述共模滤波器的3端口和4端口分别连接时钟线和时钟线信号地；此外还有常规I2C总线通信网络中常用的上拉电阻，用于增强所在端口的输出驱动能力。
从机设备，包括I2C从机和两个共模滤波器，两个所述共模滤波器的1端口均接地，2端口分别连接所述I2C从机的SDA脚和SCL脚，其中一个所述共模滤波器的3端口和4端口分别连接数据线和数据线信号地，另一个所述共模滤波器的3端口和4端口分别连接时钟线和时钟线信号地；
所述从机设备至少为一个。从机设备1的两个共模滤波器连接如图3中L3和L4，从机设备2的两个共模滤波器连接如图中L5和L6，其他从机设备依次类推。
作为优选，所述共模滤波器为共模电感。
作为优选，所述共模电感为贴片式共模电感，其电感量大于100uH(100kHz)，单路电阻小于1Ω。
上述方案在现有的常规I2C总线通信网络的基础上增加了共模滤波器和一条地线，能够较好地滤除耦合到I2C总线上的噪声信号，同时保证主机或者从机I2C端口处通信波形的信号完整，整体抗干扰能力较强，通信距离可以在芯片端口驱动能力允许的前提下尽量长，且允许多次跨电路板传输，适用于外界干扰大通信环境较为恶劣的情况。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种I2C通信总线的共模噪声抑制方法，其特征在于，包括：
设置I2C总线包括数据线、数据线信号地、时钟线以及时钟线信号地；
在每个参与I2C通信的设备的SDA引脚与I2C总线的数据线和数据线信号地之间增加第一共模滤波器，在每个参与I2C通信的设备的SCL引脚与I2C总线的时钟线和时钟线信号地之间增加第二共模滤波器，所述设备包括主机和从机。
2.根据权利要求1所述的一种I2C通信总线的共模噪声抑制方法，其特征在于，所述第一共模滤波器和所述第二共模滤波器均为共模电感。
3.根据权利要求2所述的一种I2C通信总线的共模噪声抑制方法，其特征在于，所述共模电感的电感量大于100uH(100kHz)，单路电阻小于1Ω。
4.根据权利要求2所述的一种I2C通信总线的共模噪声抑制方法，其特征在于，所述共模电感为贴片式共模电感。
5.根据权利要求1所述的一种I2C通信总线的共模噪声抑制方法，其特征在于，四路所述通信线采用PCB走线。
6.根据权利要求1所述的一种I2C通信总线的共模噪声抑制方法，其特征在于，四路所述通信线采用多芯软塑线。
7.根据权利要求1所述的一种I2C通信总线的共模噪声抑制方法，其特征在于，设置所述第一共模滤波器尽可能靠近设备的SDA引脚，设置所述第二共模滤波器尽可能靠近设备的SCL引脚。
8.一种I2C通信总线网络，其特征在于，包括：
I2C通信线，包括数据线、数据线信号地、时钟线以及时钟线信号地；
主机设备，包括I2C主机和两个共模滤波器，两个所述共模滤波器的1端口均接地，2端口分别连接所述I2C主机的SDA脚和SCL脚，其中一个所述共模滤波器的3端口和4端口分别连接数据线和数据线信号地，另一个所述共模滤波器的3端口和4端口分别连接时钟线和时钟线信号地；
从机设备，包括I2C从机和两个共模滤波器，两个所述共模滤波器的1端口均接地，2端口分别连接所述I2C从机的SDA脚和SCL脚，其中一个所述共模滤波器的3端口和4端口分别连接数据线和数据线信号地，另一个所述共模滤波器的3端口和4端口分别连接时钟线和时钟线信号地；
所述从机设备至少为一个。
9.根据权利要求8所述的一种I2C通信总线网络，其特征在于，所述共模滤波器为共模电感。
10.根据权利要求9所述的一种I2C通信总线网络，其特征在于，所述共模电感为贴片式共模电感，其电感量大于100uH(100kHz)，单路电阻小于1Ω。
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