I2C總線與SMBus的比較指南

I2C總線和SMBus?是流行的2線總線，基本上相互兼容。通常，設(shè)備（主機和從設(shè)備）可以在兩條總線之間自由互換。兩條總線都具有可尋址從站（盡管兩者之間的特定地址分配可能有所不同）?？偩€以相同的速度工作，最高可達(dá)100kHz，但I(xiàn)2C總線具有400kHz和2MHz版本。兩條總線之間的完全兼容性僅在100kHz以下得到保證。本應(yīng)用筆記重點介紹I2C和SMB之間的顯著差異。

I2C總線和SMBus是流行的2線總線，基本上相互兼容。通常，設(shè)備（主機和從設(shè)備）可以在兩條總線之間自由互換。兩條總線都具有可尋址從站（盡管兩條總線之間的特定地址分配可能有所不同）?？偩€以相同的速度工作，最高可達(dá)100kHz，但I(xiàn)2C總線具有400kHz和2MHz版本。顯然，使用所有器件的兩條總線之間的完全兼容性僅在100kHz以下才能得到保證。

本應(yīng)用筆記重點介紹兩條總線之間的顯著差異。雖然假設(shè)讀者對I2C總線和/或SMBus有一定的了解，但讓我們首先回顧一些協(xié)議基礎(chǔ)知識：

啟動和停止事件。這些尤其重要，因為 它們是向接口發(fā)出信號的方式，表明它需要轉(zhuǎn)到 已初始化或重置狀態(tài)。

數(shù)據(jù)和時鐘必須很高才能生成啟動和停止。一位大師 無法生成啟動或停止，除非數(shù)據(jù)（I2C的SDA和 SMBData for SMBus）和時鐘（SCL 用于 I2C，SMBClk 用于 SMBus）線路 是自由的（不是拉低的）。這是成為開放收藏家的結(jié)果 總線。

啟動和停止條件是唯一的時間 在時鐘為高電平時成為數(shù)據(jù)線上的過渡。

僅當(dāng)通信期間時鐘為低電平時，數(shù)據(jù)才能更改狀態(tài)。 數(shù)據(jù)上的數(shù)據(jù)必須始終在時鐘高電平之前準(zhǔn)備就緒 并且僅在時鐘變低后更改（除了 啟動和停止）。

圖1.典型的通信，顯示啟動和停止條件。

超時和時鐘速度

超時和（由于超時）最小時鐘速度是I2C總線和SMBus之間最重要的區(qū)別。

I2C 總線 = 直流 （無超時）
SMBus = 10kHz （35mS 超時）

超時是指每當(dāng)時鐘變?yōu)榈碗娖降臅r間超過超時時間（通常為 35 毫秒）時，從設(shè)備就會重置其接口。超時的使用也決定了時鐘的最低速度，因為它永遠(yuǎn)不會靜止。因此，SMBus 具有最低時鐘速度規(guī)格。相比之下，I2C總線可以無限期地變?yōu)殪o態(tài)。在I2C總線中，主站或從站都可以根據(jù)需要保持時鐘低電平以處理數(shù)據(jù)。

所有這些都是兩條總線如何處理從站錯誤并從這些錯誤中恢復(fù)的結(jié)果。要了解錯誤恢復(fù)，請考慮有兩種狀態(tài)，即啟動和停止，在正確設(shè)計的I2C或SMBus從機上，這兩種狀態(tài)指示從接口進(jìn)入特定狀態(tài)。在 Start 的情況下，接口應(yīng)自行初始化并準(zhǔn)備好接收通信。無論啟動條件之前是什么，都應(yīng)該發(fā)生這種情況（例如，如果從站處于通信過程中，主設(shè)備感到困惑并不得不重新開始）。在 Stop 的情況下，接口應(yīng)再次初始化自身，但應(yīng)在任何新通信之前期待啟動?！伴_始”和“停止”都是時鐘為高電平時發(fā)生的唯一數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。為了使數(shù)據(jù)上的轉(zhuǎn)換發(fā)生，數(shù)據(jù)線（和時鐘線）必須是“自由的”，以允許主站根據(jù)需要在線上放置高點和低點。

在I2C總線中，如果從機鎖定并保持時鐘或數(shù)據(jù)低電平，則無法進(jìn)行錯誤恢復(fù)。實際上很少有從設(shè)備能夠保持時鐘。因此，最常見的總線錯誤是從設(shè)備最終處于數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)線）低電平的狀態(tài)。在I2C總線中，主機通過時鐘時鐘直到數(shù)據(jù)為高電平，然后發(fā)出啟動后停止信號來完成錯誤恢復(fù)。

與I2C總線相比，只要時鐘處于低電平，時間超過SMBus規(guī)范中規(guī)定的35ms超時，SMBus從站就會復(fù)位其接口。因此，英特爾 PIIX4 等 SMBus 主站沒有內(nèi)置任何錯誤恢復(fù)例程。實際上，從設(shè)備需要檢查時鐘和數(shù)據(jù)，即使SMBus規(guī)范沒有規(guī)定這一點。應(yīng)該這樣做，因為經(jīng)驗表明，處于錯誤狀態(tài)的從站可以保持低數(shù)據(jù)，即使時鐘可能很高。完全按照 SMBus 規(guī)范實現(xiàn)超時并不能解決此錯誤模式。

SMBus的時鐘速度限制為100kHz，而I2C允許高達(dá)400kHz的速度。

邏輯電平

盡管兩條總線之間的邏輯電平規(guī)格存在差異，但通常器件可以混合使用，并可以放棄匹配。事實證明，SMBus或I2C總線很少因電平差異而發(fā)生故障。當(dāng)我們比較相應(yīng)的電平規(guī)格時，這可能會令人驚訝，如圖1所示。

圖2.這是I2C總線和SMBus之間電平規(guī)格的比較。I2C-VDD顯示了 3 V 至 5 V 電源的相關(guān)高值和低值范圍。

為了進(jìn)一步比較，表 2 一起列出了規(guī)格。

盡管電平規(guī)格之間似乎存在相當(dāng)大的差異，但在這方面，器件互換性并未被證明是一個問題。這是因為主機和從站的輸出電壓擺幅幾乎總是接近全電源電壓。

上拉電阻和電流電平

在討論電壓電平時，不明顯的是，這些電平也由總線之間的不同電流指定。SMBus的最小灌電流為100μA，最大灌電流為350μA，而I2C總線的最小灌電流為3mA。這反過來又將確定上拉電阻的最低可接受值，其示例如下表所示。

實際上，在SMBus系統(tǒng)中遇到上拉電阻值并不罕見，因為上拉電阻值低于推薦值，因此違反了此規(guī)范。即使在某些SMBus系統(tǒng)中，上拉電阻值的一個非常普遍的范圍似乎是2.4k至3.9k。

一般呼叫和警報響應(yīng)

I2C總線有一個稱為通用呼叫的地址，即0000 000，所有設(shè)計用于響應(yīng)通用呼叫的從站都將相應(yīng)地采取行動。這是一種可以同時與系統(tǒng)上的多個設(shè)備通信的方法。

SMBus還規(guī)定了一條名為ALERT#的線路，不要與I2C通用呼叫地址混淆。此行充當(dāng) SMBus 主服務(wù)器的中斷。收到中斷后，SMBus 主服務(wù)器可以發(fā)出警報響應(yīng)。此警報響應(yīng)被發(fā)送到地址 0001 100，任何生成中斷的從設(shè)備都試圖通過將自己的地址放在總線上來識別自己。地址最低的設(shè)備將占主導(dǎo)地位（由于集電極開路總線）。如果它被維修和清除，主服務(wù)器可以重復(fù)該過程并通過可能發(fā)生的任何其他中斷進(jìn)行處理。

其他小細(xì)節(jié)

有一些與上升和下降時間和總線電容有關(guān)的微妙問題通常不是問題。此外，在使用“確認(rèn)”和“不確認(rèn)”條件方面，還存在一些很少遇到的協(xié)議差異。對于大多數(shù)主流的主人和從屬選擇，這些因素通常都不是問題。

顯著差異總結(jié)

超時和最小時鐘速度

電壓等級

上拉電阻值和電流水平

審核編輯：郭婷