CN210129221U - 一种针对i2c总线信号的隔离保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种针对I2C总线信号的隔离保护电路，本实用新型基于MOSFET器件和TVS器件实现I2C信号线路两侧的电压隔离和ESD静电保护功能，利用MOSFET管的开关特性，控制信号的输出，结合MOSFET两侧的上拉电路，可以实现两侧电压隔离，TVS器件可以实现热插拔过程中或正常工作中，外部打入到I2C接口的静电的快速泄放，保护内部器件安全。
Description
技术领域
本实用新型涉及通信技术领域，特别是一种针对I2C总线信号的隔离保护电路。
背景技术
随着电子技术的发展，I2C总线作为一种通用和低成本技术，来实现器件或设备之间相互通信的低速通信接口，使用越来越广泛。
I2C总线结构简单，最少可以支持两线通信，即时钟SCLK和数据SDATA，而且信号都是开漏输出，即OD输出，可以支持多设备信号直连，为I2C总线的使用带来极大便利。但是在实际应用中，经常出现在系统已经上电或正常工作中，需要更换或插拔一部分模块或单板，这时如果没有隔离保护电路，已经上电的模块/单板可能会漏电到新插入的未完成上电模块，导致已上电系统出现异常，或者在插拔过程中，有静电打入，也可能损坏设备或器件。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种针对I2C总线信号的隔离保护电路，旨在解决现有技术中I2C总线结构中缺少隔离保护电路以及静电打入的问题，实现热插拔单板和主控板两侧电压隔离，以及静电的快速泄放，保护内部器件安全。
为达到上述技术目的，本实用新型提供了一种针对I2C总线信号的隔离保护电路，所述隔离保护电路包括：
热插拔单板与主控板之间通过I2C信号连接器连接；
热插拔单板的I2C数据信号接口电路包括MOSFET管、门级上拉电阻、数据信号上拉电阻以及TVS管；所述TVS管一端连接I2C信号连接器，另一端连接MOSFET管，所述MOSFET管还分别与门级上拉电阻以及数据信号上拉电阻连接，上拉电阻以及数据信号上拉电阻的另一端分别与VCC1电压连接；
主控板的I2C数据信号接口电路包括TVS管、上拉电阻和防倒灌二极管，所述TVS管依次连接上拉电阻和防倒灌二极管，所述防倒灌二极管另一端连接有VCC2电压；
其中，VCC2电压≥VCC1电压，且同时VCC1电压＞栅极与源极之间的电压。
优选地，所述I2C信号上输出的电压为低电平时，MOSFET管的栅极与源极之间的电压等于VCC1电压，MOSFET管开启，信号线上电压被拉到低电平，MOSFET管不会开启；
所述I2C信号上输出的电压为高电平时，MOSFET管的栅极与源极之间的电压等于0，MOSFET管也不会开启。
优选地，所述热插拔单板的VCC1为0时，主控板的VCC2为正常电压，MOSFET管不会开启，VCC2电压不会倒灌至VCC1电压；
所述热插拔单板先上电时，主控板在上电前，由于存在防倒灌二极管，VCC1也不会倒灌至VCC2上。
优选地，当有静电通过I2C接口打入热插拔单板时，TVS管暂时击穿。
优选地，所述TVS管的导通电压大于VCC2电压。
优选地，所述热插拔单板与主控板之间还可通过线缆连接。
实用新型内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是实用新型所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
与现有技术相比，本实用新型基于MOSFET器件和TVS器件实现I2C信号线路两侧的电压隔离和ESD静电保护功能，利用MOSFET管的开关特性，控制信号的输出，结合MOSFET两侧的上拉电路，可以实现两侧电压隔离，TVS器件可以实现热插拔过程中或正常工作中，外部打入到I2C接口的静电的快速泄放，保护内部器件安全。
附图说明
图1为本实用新型实施例中所提供的一种针对I2C总线信号的隔离保护电路结构示意图。
具体实施方式
为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本实用新型进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本实用新型省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本实用新型。
下面结合附图对本实用新型所提供的一种针对I2C总线信号的隔离保护电路进行详细说明。
如图1所示，本实用新型公开了一种针对I2C总线信号的隔离保护电路，所述隔离保护电路包括：
热插拔单板与主控板之间通过I2C信号连接器连接；
热插拔单板的I2C数据信号接口电路包括MOSFET管、门级上拉电阻、数据信号上拉电阻以及TVS管；所述TVS管一端连接I2C信号连接器，另一端连接MOSFET管，所述MOSFET管还分别与门级上拉电阻以及数据信号上拉电阻连接，上拉电阻以及数据信号上拉电阻的另一端分别与VCC1电压连接；
主控板的I2C数据信号接口电路包括TVS管、上拉电阻和防倒灌二极管，所述TVS管依次连接上拉电阻和防倒灌二极管，所述防倒灌二极管另一端连接有VCC2电压；
其中，VCC2电压≥VCC1电压，且同时VCC1电压＞栅极与源极之间的电压。
单板1为支持热插拔的模块，该单板有一路I2C信号会通过连接器或线缆连接到主控板，即单板2的I2C总线上。为了实现隔离保护功能，单板1的I2C数据信号接口电路主要包括MOSFET管Q1、门级上拉电阻Rgate、数据信号上拉电阻R1和靠近连接器的TVS管D1。单板2的I2C总线信号先经过TVS管，再经过上拉电阻R2和防倒灌二极管D2到VCC2，通过I2C的时钟信号的接口电路和数据信号相同，不再重复。
本实用新型中的接口电路分别有信号电压MOSFET隔离，防止电压倒灌和ESD静电泄放保护功能，该电路正常工作有一个前提条件，单板2的VCC2电压≥单板1的VCC1电压，同时VCC1电压>栅极与源极之间的电压Vgs，保证MOSFET能正常开启，否则电路会出现故障。
I2C信号电压的MOSFET隔离功能如下：
当I2C信号上输出的电压为低电平时，不论是DEVICE1输出低电平，还是DEVICE2输出低电平，MOSFET管的Vgs基本等于VCC1，MOSFET管开启，信号线上电压都被拉到低电平。当I2C信号上输出的电压为高电平时，如果DEVICE1输出高电平，则Vgs基本为0，如果DEVICE2输出高电平，则Vgs＝VCC1-VCC2，则会等于0。所以上述两种情况下，MOSFET管都不会开启，单板1侧的I2C信号电压为VCC1，单板2侧的I2C信号电压为VCC2，实现了电压隔离。
电压防倒灌功能如下：
由于单板1是热插拔的模块，所以VCC1是0，这时单板2是已经正常带电工作，即VCC2为正常，因为MOSFET管串联在信号线路上，这时VCC1电压未升起，所以MOSFET管不会打开，VCC2的电压不会倒灌到VCC1电压线路上。如果单板1先上电，单板2在正常上电完成前，因为单板2上信号上拉电阻串联的二极管D2的作用，也不会出现VCC1倒灌到VCC2电源上的问题。
ESD静电泄放保护功能如下：
由于每根信号线上，都并联有TVS管，当热插拔过程中，或其他情况下有静电通过I2C接口打入单板时，TVS管出现暂时击穿，将打入的静电导入到地平面上，保证内部器件安全，其中，选择TVS管的导通电压需要接近但略大于VCC2。
因此，在正常工作时，上述方案将实现两块板卡间I2C信号的电压隔离，出现异常的板卡电源不会被另外一块正常板卡的I2C上拉电源倒灌，产生倒灌电流，防止故障扩撒，将故障对系统的影响减到最低。
本实用新型基于MOSFET器件和TVS器件实现I2C信号线路两侧的电压隔离和ESD静电保护功能，利用MOSFET管的开关特性，控制信号的输出，结合MOSFET两侧的上拉电路，可以实现两侧电压隔离，TVS器件可以实现热插拔过程中或正常工作中，外部打入到I2C接口的静电的快速泄放，保护内部器件安全。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种针对I2C总线信号的隔离保护电路，其特征在于，所述隔离保护电路包括：
热插拔单板与主控板之间通过I2C信号连接器连接；
热插拔单板的I2C数据信号接口电路包括MOSFET管、门级上拉电阻、数据信号上拉电阻以及TVS管；所述TVS管一端连接I2C信号连接器，另一端连接MOSFET管，所述MOSFET管还分别与门级上拉电阻以及数据信号上拉电阻连接，上拉电阻以及数据信号上拉电阻的另一端分别与VCC1电压连接；
主控板的I2C数据信号接口电路包括TVS管、上拉电阻和防倒灌二极管，所述TVS管依次连接上拉电阻和防倒灌二极管，所述防倒灌二极管另一端连接有VCC2电压；
其中，VCC2电压≥VCC1电压，且同时VCC1电压＞栅极与源极之间的电压。
2.根据权利要求1所述的一种针对I2C总线信号的隔离保护电路，其特征在于，所述I2C信号上输出的电压为低电平时，MOSFET管的栅极与源极之间的电压等于VCC1电压，MOSFET管开启，信号线上电压被拉到低电平，MOSFET管不会开启；
所述I2C信号上输出的电压为高电平时，MOSFET管的栅极与源极之间的电压等于0，MOSFET管也不会开启。
3.根据权利要求2所述的一种针对I2C总线信号的隔离保护电路，其特征在于，所述热插拔单板的VCC1为0时，主控板的VCC2为正常电压，MOSFET管不会开启，VCC2电压不会倒灌至VCC1电压；
所述热插拔单板先上电时，主控板在上电前，由于存在防倒灌二极管，VCC1也不会倒灌至VCC2上。
4.根据权利要求1所述的一种针对I2C总线信号的隔离保护电路，其特征在于，当有静电通过I2C接口打入热插拔单板时，TVS管暂时击穿。
5.根据权利要求1或4所述的一种针对I2C总线信号的隔离保护电路，其特征在于，所述TVS管的导通电压大于VCC2电压。
6.根据权利要求1所述的一种针对I2C总线信号的隔离保护电路，其特征在于，所述热插拔单板与主控板之间还可通过线缆连接。
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|---|---|---|---|---|
| CN116582185A (zh) * | 2023-05-25 | 2023-08-11 | 深圳市航顺芯片技术研发有限公司 | 一种光模块、光通讯系统及光通讯系统上电方法 |
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2019
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| CN116582185B (zh) * | 2023-05-25 | 2024-03-22 | 深圳市航顺芯片技术研发有限公司 | 一种光模块、光通讯系统及光通讯系统上电方法 |
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