2线总线上升时间加速电路

1 引言

包含2线总线(例如：I2C或SMBus)的应用需要在上升时间、电源损耗、噪声抑制等参数之间做出折衷。漏极开路总线从低电平跳变到高电平的上升时间是由上拉电阻和总线电容决定的。因此，在增加外设、布线长度和连接器时，很难保持干净快速的上升沿。为了解决上升时间问题，提出了一种上升时间加速电路，用一种简单方式加速上升沿，提高噪声抑制并降低功耗。

2 电路描述

在某些2线总线应用中，选择适当的上拉电阻即可提供足够快的上升时间，并在可接受的功耗下获得良好的噪声抑制。但是，对于总线电容较高的大型系统或者是功率受限的便携系统，可能需要有源电路为漏极开路信号提供更短的上升时间。
图1给出了利用MAX3373设计的上升时间加速电路，有助于提高噪声抑制并保持最底功耗。这里利用了MAX3373低压电平转换器的上升时间加速功能，而非电平转换功能。当MAX3373检测到某个I／0引脚的电压升高时，将在短时间内打开内部强上拉电路(pFET管)，快速对总线寄生电容充电。经过很短的时间，加速电路关闭，仅由内部10 kΩ上拉电阻保持逻辑高电平。

3 性能评估

图2所示的电路用于测试MAX3373作为上升时间加速器的性能，其中，分立漏极开路FET同时驱动两个独立线路。通道1由MAX3373加速，通道2简单地由上拉电阻和寄生电容端连接(两条线路具有相同电容C)。MAX3373的等效上拉电阻仅为5 kΩ，其输入端和输出端(I／O VCC和I／O VL引脚)包含10 kΩ内部上拉电阻。图3和图4所示分别给出110 pF电容和I2C总线最大允许电容400 pF时的结果。注意图中时间刻度不同。

通过测试2线总线的常用时钟速率100 kHz和400 kHz，可以看出MAX3373所具备的优势。100 kHz时钟对应周期为10μs，而高电平仅仅为5μs。这样，110 pF电容和5 kΩ上拉电阻的上升时问约1．25μs，仅占周期的12％。在这种条件下，不需要加速上升时间就能得到所期望的指标。

寄生电容为400 pF时，上升时间约4μs，占空比40％，这些对于多数100 kHz系统是不可接受的。在400 pF系统中使片MAX3373，上升到最大值为90％的时间可以达到500 ns，仅仅为lOμs周期的5％。
对于400 kHz总线，其周期为2．5μs，高电平为1．25μs，上述条件中的5 kΩ电阻和110 pF电容可提供1．25μs的上升时间，占空比为50％，通常无法接受这样的上升时间；将电容加大至400 pF，上升时间将达到5μs，即时钟周期的2倍，这对于系统来说完全不可接受。使用MAX3373电路，在110 pF负载电容下上升到最大值90％的时间约为250 ns，仅为2．5μs周期的10％；400 pF负载电容下，上升时间仅为500 ns，占空比为20％。

4 结束语

使用MAX3373作为上升时间加速器是解决2线总线上升时间与时钟问题的方法之一。在某些情况下，一般可以简单地通过降低上拉电阻来加速上升时间，而且MAX3373提供了一种简单的加速上升时间的方法，有助于提高噪声抑制，并使功耗最低。