I2C隔离电路和I2C总线系统的制作方法

i2c隔离电路和i2c总线系统
技术领域
1.本技术属于通信技术领域，尤其涉及一种i2c隔离电路和i2c总线系统。


背景技术：

2.i2c(inter-integrated circuit，集成电路)作为一种非常成熟的通讯方式，在各种通讯场合应用非常广泛。
3.i2c通讯是一种半双工的方式，常常由一个主节点设备和若干从节点设备组成通讯网络，当多个从节点设备出现阻抗不匹配的时候，会造成传输波形的紊乱。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种i2c隔离电路和i2c总线系统，以解决现有的多个从节点设备出现阻抗不匹配的时候造成的传输波形紊乱的问题。
5.本技术实施例提供一种i2c隔离电路，所述i2c隔离电路用于将从节点设备接入到主节点设备上；所述i2c隔离电路包括：
6.第一mos管，所述第一mos管的栅极连接第一电源，所述第一mos管的源极连接所述主节点设备的时钟信号的输出端，所述第一mos管的漏极连接所述从节点设备的时钟信号的输入端；
7.第二mos管，所述第二mos管的栅极连接所述第一mos管的栅极，所述第二mos管的源极连接所述主节点设备的数据信号的输出端，所述第二mos管的漏极连接所述从节点设备的数据信号的输入端。
8.可选的，所述i2c隔离电路还包括：
9.第一电阻，所述第一电阻的一端连接第二电源，所述第一电阻的另一端连接所述主节点设备的数据信号的输出端；
10.第二电阻，所述第二电阻的一端连接所述第二电源，所述第二电阻的另一端连接所述主节点设备的时钟信号的输出端；
11.第三电阻，所述第三电阻的一端连接第三电源，所述第三电阻的另一端连接所述从节点设备的时钟信号的输入端；以及
12.第四电阻，所述第四电阻的一端连接所述第三电源，所述第四电阻的另一端连接所述从节点设备的数据信号的输入端。
13.可选的，当所述主节点设备的数据信号的输出端为第一电平时，所述从节点设备的数据信号的输入端被置为所述第一电平；
14.当所述主节点设备的数据信号的输出端为第二电平时，所述从节点设备的数据信号的输入端被置为所述第二电平，所述第二电平和所述第一电平为相反的电平。
15.可选的，当所述主节点设备的数据信号的输出端为所述第一电平时，所述第二mos管不导通，所述第三电源和所述第四电阻提供所述第一电平给所述从节点设备的数据信号的输入端；
16.当所述主节点设备的数据信号的输出端为所述第二电平时，所述第二mos管导通，所述从节点设备的数据信号的输入端接收所述第二电平。
17.可选的，当所述主节点设备处于开漏状态时，所述第二电源和所述第一电阻将所述主节点设备的数据信号的输出端置为第一电平，所述从节点设备控制所述主节点设备的数据信号的输出端的电平变化。
18.可选的，当所述从节点设备的数据信号的输入端为第二电平时，所述第二mos管导通，所述主节点设备的数据信号的输出端的电平变为所述第二电平，所述第二电平与所述第一电平为相反的电平；
19.当所述从节点设备的数据信号的输入端为所述第一电平时，所述第二mos管不导通，所述第二电源和所述第一电阻提供所述第一电平给所述主节点设备的数据信号的输出端。
20.可选的，当所述主节点设备的时钟信号的输出端为第一电平时，所述从节点设备的时钟信号的输入端被置为所述第一电平；
21.当所述主节点设备的时钟信号的输出端为第二电平时，所述从节点设备的时钟信号的输入端被置为所述第二电平，所述第二电平和所述第一电平为相反的电平。
22.可选的，当所述主节点设备的时钟信号的输出端为所述第一电平时，所述第一mos管不导通，所述第三电源和所述第三电阻提供所述第一电平给所述从节点设备的时钟信号的输入端；
23.当所述主节点设备的时钟信号的输出端为所述第二电平时，所述第一mos管导通，所述从节点设备的时钟信号的输入端接收所述第二电平。
24.可选的，当所述主节点设备处于开漏状态时，所述第二电源和所述第二电阻将所述主节点设备的时钟信号的输出端置为第一电平，所述从节点设备控制所述主节点设备的时钟信号的输出端的电平变化。
25.本技术实施例还提供一种i2c总线系统，包括：
26.主节点设备；
27.多个从节点设备；以及
28.多个i2c隔离电路，每一i2c隔离电路包括如上任一项所述的i2c隔离电路。
29.本技术实施例提供的i2c隔离电路和i2c总线系统中，通过设置可以将从节点设备接入到主节点设备并实现信号的传输与隔离的隔离电路，且mos管可以在多个从节点设备阻抗不匹配时进行隔离，进而形成稳定的传输波形。
附图说明
30.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对本领域技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.为了更完整地理解本技术及其有益效果，下面将结合附图来进行说明。其中，在下面的描述中相同的附图标号表示相同部分。
32.图1为现有技术中i2c总线系统的第一种结构示意图。
33.图2为现有技术中i2c总线系统的第二种结构示意图。
34.图3为本技术实施例提供的i2c总线系统的结构示意图。
35.图4为图3所示的i2c总线系统中i2c隔离电路的结构示意图。
具体实施方式
36.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
37.请参阅图1，图1为现有技术中i2c总线系统的第一种结构示意图。i2c总线系统1在各种通讯场合应用非常广泛，尤其是一些低速通讯的场景。由于i2c通讯方式是一种半双工的方式，常常由一个主节点设备10和多个从节点设备20组成通讯网络，当多个从节点设备20出现阻抗不匹配的时候，就会影响传输波形的紊乱，导致通讯的准确性大大降低，甚至不能工作。现有的i2c通讯网络一般为广播式架构，主节点设备10和从节点设备20直接相连。这样的网络架构简单，适用于从节点设备20较少、传输距离比较近的场合。如果传输距离相对变长，或者整个系统环境比较复杂，各种辐射或者传导的干扰会影响传输的准确性。
38.请参阅图2，图2为现有技术中i2c总线系统的第二种结构示意图。传统的做法一般为增加buffer(缓冲物、缓冲器)来增强信号的驱动能力，提升上升、下降沿的斜率，整体改善传输效果，提高传输的稳定性，然而，这样会大大增加设计成本。
39.为解决上述问题，本技术实施例提供了一种i2c隔离电路和i2c总线系统，以下将结合附图分别进行说明。
40.示例性的，请参阅图3，图3为本技术实施例提供的i2c总线系统的结构示意图。本技术实施例提供一种i2c总线系统1，包括主节点设备10、多个从节点设备20以及多个i2c隔离电路30。每一i2c隔离电路30用于将一个从节点设备20接入到主节点设备10上，以实现主节点设备10和从节点设备20的信号传输与隔离，减少主节点设备10和从节点设备20之间以及各个从节点设备20之间的信号的干扰，从而形成稳定的传输波形。
41.示例性的，请参阅图4，图4为图3所示的i2c总线系统中i2c隔离电路的结构示意图。本技术实施例还提供一种i2c隔离电路30，i2c隔离电路30可以包括第一mos管mos1和第二mos管mos2，第一mos管mos1的栅极连接第一电源vcc1，第一mos管mos1的源极连接主节点设备10的时钟信号的输出端mscl，第一mos管mos1的漏极连接从节点设备20的时钟信号的输入端sscl。第二mos管mos2的栅极连接第一mos管mos1的栅极，第二mos管mos2的源极连接主节点设备10的数据信号的输出端msda，第二mos管mos2的漏极连接从节点设备20的数据信号的输入端ssda。通过设置可以将从节点设备20接入到主节点设备10并实现信号的传输与隔离的隔离电路30，mos管可以在多个从节点设备阻抗不匹配时进行隔离，进而形成稳定的传输波形。
42.其中，i2c隔离电路30还可以包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4。第一电阻r1的一端连接第二电源vcc2，第一电阻r1的另一端连接主节点设备10的数据信号的输出端msda。第二电阻r2的一端连接第二电源vcc2，第二电阻r2的另一端连接主节点设备10的时钟信号的输出端mscl。第三电阻r3的一端连接第三电源vcc3，第三电阻r3的另一端连接从节点设备20的时钟信号的输入端sscl。第四电阻r4的一端连接第三电源
vcc3，第四电阻r4的另一端连接从节点设备20的数据信号的输入端ssda。
43.需要说明的是，第一电阻r1和第二电阻r2的值可以参照主节点设备10的参数和第二电源vcc2的值来确定。第三电阻r3和第四电阻r4的值可以参照从节点设备20的参数以及第三电源vcc3的值来确定。第一电源vcc1、第二电源vcc2和第三电源vcc3的值可以相等，比如，将第一电源vcc1、第二电源vcc2和第三电源vcc3均设置为3.3v。其中，示例性的，第三电阻r3的阻值可以分别大于第一电阻r1的阻值和第二电阻r2的阻值，第四电阻r4的阻值可以分别大于第一电阻r1的阻值和第二电阻r2的阻值。第一电阻r1的值可以和第二电阻r2的值相等，第三电阻r3的值可以和第四电阻r4的值相等。比如，r1＝r2＝2.4k，r3＝r4＝4.7k。当然，第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4之间的关系以及各自的阻值还可以有其他情况，这里仅以上述关系以及数值为例进行说明，而不应理解为对第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4的限制。
44.其中，本技术实施例提供的i2c隔离电路30可以实现对主节点设备10和从节点设备20之间信号的隔离传递。
45.第一方面，i2c隔离电路30可以实现主节点设备10和从节点设备20之间数据信号的传输与隔离。当主节点设备10的数据信号的输出端msda为第一电平时，从节点设备20的数据信号的输入端ssda被置为第一电平。需要说明的是，当主节点设备10的数据信号的输出端msda为第一电平时，第二mos管mos2不导通，第三电源vcc3和第四电阻r4提供第一电平给从节点设备20的数据信号的输入端ssda。当主节点设备10的数据信号的输出端msda为第二电平时，从节点设备20的数据信号的输入端ssda被置为第二电平，第二电平和第一电平为相反的电平。需要说明的是，当主节点设备10的数据信号的输出端msda为第二电平时，第二mos管mos2导通，从节点设备20的数据信号的输入端ssda接收第二电平。当主节点设备10处于开漏状态时，第二电源vcc2和第一电阻r1将主节点设备10的数据信号的输出端msda置为第一电平，从节点设备20控制主节点设备10的数据信号的输出端msda的电平变化。需要说明的是，当从节点设备20的数据信号的输入端ssda为第二电平时，第二mos管mos2导通，主节点设备10的数据信号的输出端msda的电平变为第二电平，第二电平与第一电平为相反的电平。当从节点设备10的数据信号的输入端ssda为第一电平时，第二mos管mos2不导通，第二电源vcc2和第一电阻r1提供第一电平给主节点设备10的数据信号的输出端msda。
46.示例性的，当主节点设备10的数据信号的输出端msda为高电平时，第二mos管mos2由于栅极和源极的电压差为零，第二mos管mos2处于“关断”状态，从节点设备20的数据信号的输入端ssda被第四电阻r4上拉置为高电平。可以理解的是，虽然第二mos管mos2关闭，还是实现了高电平从主节点设备10到从节点设备20的传递。当主节点设备10的数据信号的输出端msda为低电平时，第二mos管mos2的栅极和源极的电压差超过门槛电压，第二mos管mos2变为直通状态，从节点设备20的数据信号的输入端ssda被拉低到低电平。当主节点设备10处于开漏状态时，也即主节点设备10的数据信号的输出端msda不输出控制信号，此端可根据i2c隔离电路30传递的信号而实现电平的变化。初始状态时，主节点设备10的数据信号的输出端msda被第一电阻r1上拉处于高电平。当从节点设备20的数据信号的输入端ssda拉低响应的时候，第二mos管mos2的漏极电压远低于源极电压，第二mos管mos2体内的寄生二极管轻微导通，导致第二mos管mos2的源极电压下降，当下降到第二mos管mos2的门槛电压时，第二mos管mos2导通。进一步降低源极电压，保证第二mos管mos2的源极和漏极电位基
本相等，从而实现低电平自从节点设备20到主节点设备10的传递。其中，从节点设备20的数据信号的输入端ssda没有拉低响应之前，主节点设备10的数据信号的输出端msda被第一电阻r1上拉处于高电平，从节点设备20的数据信号的输入端ssda被第四电阻r4上拉处于高电平，也可以理解为高电平自从节点设备20到主节点设备10的传递。
47.第二方面，i2c隔离电路30可以实现主节点设备10和从节点设备20之间时钟信号的传输与隔离。当主节点设备10的时钟信号的输出端mscl为第一电平时，从节点设备20的时钟信号的输入端sscl被置为第一电平。当主节点设备10的时钟信号的输出端mscl为第二电平时，从节点设备20的时钟信号的输入端sscl被置为第二电平，第二电平和第一电平为相反的电平。需要说明的是，当主节点设备10的时钟信号的输出端mscl为第一电平时，第一mos管mos1不导通，第三电源vcc3和第三电阻r3提供第一电平给从节点设备20的时钟信号的输入端sscl。当主节点设备10的时钟信号的输出端mscl为第二电平时，第一mos管mos1导通，从节点设备20的时钟信号的输入端sscl接收第二电平。当主节点设备10处于开漏状态时，第二电源vcc2和第二电阻r2将主节点设备10的时钟信号的输出端mscl置为第一电平，从节点设备20控制主节点设备10的时钟信号的输出端mscl的电平变化。需要说明的是，当从节点设备20的时钟信号的输入端sscl为第二电平时，第一mos管mos1导通，主节点设备10的时钟信号的输出端mscl的电平变为第二电平，第二电平与第一电平为相反的电平。当从节点设备10的时钟信号的输入端sscl为第一电平时，第一mos管mos1不导通，第二电源vcc2和第一电阻r1提供第一电平给主节点设备10的时钟信号的输出端mscl。
48.其中，时钟信号的传输与隔离的工作原理与数据信号的传输与隔离的工作原理相同，时钟信号的传输与隔离主要通过第一mos管mos1实现，其工作原理可以参照上述说明，在此不再赘述。
49.本技术实施例的i2c隔离电路30不仅实现了高电平的双向隔离传递，而且还有效抑制主节点设备10的高电平波动传输到从节点设备20，提高了传输的稳定性。
50.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
51.在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。
52.以上对本技术实施例所提供的i2c隔离电路和i2c总线系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。