【導(dǎo)讀】由于I2C信號(hào)質(zhì)量容易受寄生電容影響，時(shí)序一致性測(cè)試對(duì)保障通信穩(wěn)定至關(guān)重要。本文將通過實(shí)例應(yīng)用教您一秒鐘完成時(shí)序測(cè)試，快速分析I2C信號(hào)脈寬、幅值、邊沿、建立時(shí)間、保持時(shí)間等多種組合參數(shù)。
I2C總線介紹
I2C總線是Philips公司推出的一種串行總線，是具備多主機(jī)系統(tǒng)所需的包括總線裁決和高低速器件同步功能的高性能串行總線。I2C總線用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。
圖1 I2C器件選擇
物理結(jié)構(gòu)上，I2C總線只有兩根雙向信號(hào)線，一根是數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時(shí)鐘線SCL。
● SCL（串行時(shí)鐘線）：上升沿將數(shù)據(jù)輸入到每個(gè)EEPROM器件中；下降沿驅(qū)動(dòng)EEPROM器件輸出數(shù)據(jù)。
● SDA（串行數(shù)據(jù)線）：雙向數(shù)據(jù)線，為OD門，與其它任意數(shù)量的OD與OC門成“線與”關(guān)系。
圖2 I2C總線內(nèi)部結(jié)構(gòu)
I2C總線通過上拉電阻接正電源。當(dāng)總線空閑時(shí)，兩根線均為高電平。連到總線上的任一器件輸出的低電平，都將使總線信號(hào)變低，即各器件的SDA及SCL都是線“與”關(guān)系。
I2C有三種速率，如下：
● 普通模式（100kHz）；
● 快速模式（400kHz）；
● 高速模式（3.4MHz）。
I2C總線數(shù)據(jù)有效性
I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)SCL為高電平期間，數(shù)據(jù)線SDA上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，只有在時(shí)鐘線SCL上的信號(hào)為低電平期間，數(shù)據(jù)線SDA上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化，如圖3所示。
圖3 數(shù)據(jù)有效性
I2C時(shí)序分析軟件
I2C通信時(shí)序傳統(tǒng)的測(cè)試方法，需要人工定位每一項(xiàng)參數(shù)并單獨(dú)卡光標(biāo)測(cè)量，平均測(cè)試一組數(shù)據(jù)的時(shí)間約為30~60分鐘，不僅效率低，而且容易引入讀數(shù)誤差甚至錯(cuò)誤。ZDS5000系列示波器創(chuàng)新的I2C時(shí)序分析功能，可極大地提高測(cè)算效率，保持?jǐn)?shù)據(jù)一致性。
使用I2C時(shí)序分析軟件，它能夠在極短的時(shí)間內(nèi)完成總線信號(hào)的DC特性和AC特性分析，并與器件手冊(cè)標(biāo)稱參數(shù)做對(duì)比，直接輸出測(cè)試結(jié)果（Pass/Fail），同時(shí)支持報(bào)表導(dǎo)出，省去人工錄入數(shù)據(jù)的煩惱，極大地提升測(cè)試效率。具體測(cè)試界面如下圖4所示。
圖4 I2C時(shí)序分析界面
I2C時(shí)序分析測(cè)試參數(shù)
I2C時(shí)序除了要分析其解碼情況，還需驗(yàn)證是其否滿足I2C的AC特性標(biāo)準(zhǔn)，I2C時(shí)序分析功能測(cè)試參數(shù)及手冊(cè)標(biāo)稱如表1所示，包括時(shí)鐘頻率、起始信號(hào)/數(shù)據(jù)信號(hào)建立時(shí)間、起始信號(hào)/數(shù)據(jù)信號(hào)保持時(shí)間、時(shí)鐘低/高電平時(shí)間和總線空閑時(shí)間等十幾項(xiàng)測(cè)試參數(shù)。
下圖5中黃色部分為測(cè)試項(xiàng)目所對(duì)應(yīng)的測(cè)試具體位置。
圖5 I2C測(cè)試項(xiàng)目
I2C時(shí)序分析實(shí)例應(yīng)用
此次測(cè)試選用標(biāo)配有I2C時(shí)序分析軟件的ZDS4054 Plus示波器進(jìn)行測(cè)試。如圖6所示為I2C時(shí)序分析參數(shù)設(shè)置界面，包含總線設(shè)置和參數(shù)設(shè)置，根據(jù)測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)用戶可自行調(diào)節(jié)參數(shù)的數(shù)值。
圖6 參數(shù)設(shè)置界面
● 總線電平：即輸入電壓Vcc，一般的I2C輸入電壓為3.30V，若為其他輸入電壓值也可通過旋鈕A對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)。總線電平Vcc的調(diào)節(jié)將會(huì)影響VIL和VIH的值，Vcc與VIL、VIH存在如表2所示的關(guān)系。
● 輸入的高電平/低電平電壓（VIH、VIL）：兩者輸入的值由Vcc決定，滿足表2所示的關(guān)系，也可以通過旋鈕A對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，它們值的變化將不會(huì)影響Vcc值的變化。
設(shè)置完參數(shù)后點(diǎn)擊【返回】可查看到測(cè)試分析的結(jié)果，如下圖7所示。
圖7 I2C時(shí)序分析
I2C時(shí)序測(cè)試數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)分析
如圖8所示：
● 通過觀察測(cè)試表中的測(cè)量參數(shù)，若所測(cè)量的參數(shù)符合測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)則通過測(cè)試，顯示為“Pass”；
● 若不符合設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)則不通過測(cè)試，顯示為“Fail”；
● 若測(cè)試表中顯示“No Test”則表示找不到測(cè)試信號(hào)，此時(shí)可調(diào)整示波器水平時(shí)基，使示波器的屏幕上盡可能出現(xiàn)幾幀甚至十幾幀的波形，有利于對(duì)多點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試分析和比較；
● 在測(cè)試表的最下方將顯示最終的整體測(cè)試效果，若完全通過測(cè)試則顯示“Pass”，若有一項(xiàng)不通過測(cè)試，則為“Fail”。
圖8 I2C時(shí)序測(cè)試結(jié)果
在測(cè)試列表中旋轉(zhuǎn)旋鈕B可查看測(cè)試表中的參數(shù)測(cè)試結(jié)果，需要查看某一項(xiàng)參數(shù)測(cè)試細(xì)節(jié)可通過旋鈕B選中后短按旋鈕B，此時(shí)屏幕中的縮放窗口將跳轉(zhuǎn)至所選數(shù)據(jù)的測(cè)試部位，如圖9所示。
圖9 數(shù)據(jù)分析
測(cè)試完成后可對(duì)所測(cè)試的波形和數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)出，導(dǎo)出的“網(wǎng)頁(yè)報(bào)表”文件可使用網(wǎng)頁(yè)打開，導(dǎo)出的“CSV”文件可使用Excel打開。
總結(jié)
板子上的I2C總線的電氣特性是否符合要求？這個(gè)問題可以交給I2C時(shí)序分析軟件來(lái)準(zhǔn)確地回答。ZDS5000行業(yè)分析型示波器，讓您輕松搞定I2C總線測(cè)試和參數(shù)驗(yàn)證，加快調(diào)試的速度，提高效率。
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