【導(dǎo)讀】由于I2C信號質(zhì)量容易受寄生電容影響，時序一致性測試對保障通信穩(wěn)定至關(guān)重要。本文將通過實例應(yīng)用教您一秒鐘完成時序測試，快速分析I2C信號脈寬、幅值、邊沿、建立時間、保持時間等多種組合參數(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線，一根是數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時鐘線SCL。
● SCL（串行時鐘線）：上升沿將數(shù)據(jù)輸入到每個EEPROM器件中；下降沿驅(qū)動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，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，時鐘信號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，只有在時鐘線SCL上的信號為低電平期間，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時序分析軟件
I2C通信時序傳統(tǒng)的測試方法，需要人工定位每一項參數(shù)并單獨卡光標(biāo)測量，平均測試一組數(shù)據(jù)的時間約為30~60分鐘，不僅效率低，而且容易引入讀數(shù)誤差甚至錯誤。ZDS5000系列示波器創(chuàng)新的I2C時序分析功能，可極大地提高測算效率，保持?jǐn)?shù)據(jù)一致性。
使用I2C時序分析軟件，它能夠在極短的時間內(nèi)完成總線信號的DC特性和AC特性分析，并與器件手冊標(biāo)稱參數(shù)做對比，直接輸出測試結(jié)果（Pass/Fail），同時支持報表導(dǎo)出，省去人工錄入數(shù)據(jù)的煩惱，極大地提升測試效率。具體測試界面如下圖4所示。
圖4 I2C時序分析界面
I2C時序分析測試參數(shù)
I2C時序除了要分析其解碼情況，還需驗證是其否滿足I2C的AC特性標(biāo)準(zhǔn)，I2C時序分析功能測試參數(shù)及手冊標(biāo)稱如表1所示，包括時鐘頻率、起始信號/數(shù)據(jù)信號建立時間、起始信號/數(shù)據(jù)信號保持時間、時鐘低/高電平時間和總線空閑時間等十幾項測試參數(shù)。
下圖5中黃色部分為測試項目所對應(yīng)的測試具體位置。
圖5 I2C測試項目
I2C時序分析實例應(yīng)用
此次測試選用標(biāo)配有I2C時序分析軟件的ZDS4054 Plus示波器進(jìn)行測試。如圖6所示為I2C時序分析參數(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對其進(jìn)行調(diào)節(jié)?？偩€電平Vcc的調(diào)節(jié)將會影響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對其進(jìn)行調(diào)節(jié)，它們值的變化將不會影響Vcc值的變化。
設(shè)置完參數(shù)后點擊【返回】可查看到測試分析的結(jié)果，如下圖7所示。
圖7 I2C時序分析
I2C時序測試數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)分析
如圖8所示：
● 通過觀察測試表中的測量參數(shù)，若所測量的參數(shù)符合測試標(biāo)準(zhǔn)則通過測試，顯示為“Pass”；
● 若不符合設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)則不通過測試，顯示為“Fail”；
● 若測試表中顯示“No Test”則表示找不到測試信號，此時可調(diào)整示波器水平時基，使示波器的屏幕上盡可能出現(xiàn)幾幀甚至十幾幀的波形，有利于對多點進(jìn)行測試分析和比較；
● 在測試表的最下方將顯示最終的整體測試效果，若完全通過測試則顯示“Pass”，若有一項不通過測試，則為“Fail”。
圖8 I2C時序測試結(jié)果
在測試列表中旋轉(zhuǎn)旋鈕B可查看測試表中的參數(shù)測試結(jié)果，需要查看某一項參數(shù)測試細(xì)節(jié)可通過旋鈕B選中后短按旋鈕B，此時屏幕中的縮放窗口將跳轉(zhuǎn)至所選數(shù)據(jù)的測試部位，如圖9所示。
圖9 數(shù)據(jù)分析
測試完成后可對所測試的波形和數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)出，導(dǎo)出的“網(wǎng)頁報表”文件可使用網(wǎng)頁打開，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？這個問題可以交給I2C時序分析軟件來準(zhǔn)確地回答。ZDS5000行業(yè)分析型示波器，讓您輕松搞定I2C總線測試和參數(shù)驗證，加快調(diào)試的速度，提高效率。
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