I2C Haberleşme Protokolü Nedir?

I2C HABERLEŞME PROTOKOLÜ NEDİR ?

I2C Haberleşme protokolü nedir ? I2C haberleşme protokolü nerelerde ve nasıl kullanılır ? I2C haberleşme protokolü nasıl kullanılır ? Bu ve benzeri sorulara yanıt aradığımız I2C Haberleşme protokolü nedir adlı yazımızla karşınızdayız.

Başlayalım.

I2C HABERLEŞME PROTOKOLÜ

I2C (Entegre Devre), birkaç metrelik kablo üzerinden birkaç bit hızında (desteklenen moda bağlı olarak) seri iletişimi sağlayan multi master- multi slave olan iki telli seri veri yolu standardıdır.

I2C, 1982’de sahneye çıkan nispeten eski, ama yine de son derece popüler bir standarttır.

O zamandan bu yana, 5V mantık arabirimleri çok daha düşük voltaj standartlarına yol açmıştır ve I2C veri yolu sistemlerinin aynı veri yolu üzerindeki farklı arabirim voltaj cihazlarıyla haberleşmeyi sağlamak için aynı seviyede olması, uyum sağlaması gerekmektedir.

İletişim veri hızları, ultra hızlı modlarda orijinal 100 kHz saat hızından 5MHz’e kadar yükselmiştir ve bu yüksek veri hızlarına kadar seviye taşıma yapılabilmelidir.

I2C sinyali, bir saat sinyali(clock signal) tarafından onaylanmış mantık seviyelerini taşıyan tek bir veri sinyali içerir.

Her iki sinyal de çift yönlüdür, sistemin durumuna bağlı olarak bir veya daha fazla master veya slave tarafından tahrik edilir.

Birbirini süren çıkışların yol açtığı hasarın önüne geçmek için, açık drain veya çekme(pull up) dirençli açık kolektör çıkışları veri yolunu kullanır.

Open drain (FET tabanlı) veya açık kollektör (BJT tabanlı) çıkışı, pozitif kaynağa doğru çeken aktif bir kapısı olmayan bir çıkıştır.

Çıkış kapağının kapatılması, çıkışı yüksek empedans durumuna getirir.

Veri yolu kapasitansı tarafından depolanan yük, resimde gösterildiği gibi çekme direncinden boşaldıkça sinyal kablosu yüksek oranda dalgalanır.

Bu nedenle sinyal veri yolunda alçaktan yükseğe doğru geçişin hızı, ‘C’ telindeki parazitik kapasitansta depolanan elektrik yükünün ‘R’ çekme direnci, 3dB’den deşarj olması için geçen süre ile sınırlıdır.

3 dB şu denklem ile tanımlanıyor: f3dB = 1/(2π.RC)

Örneğin, bileşik kapasitif bara yüklemesi 100pF ise ve bara üzerindeki sinyallerin kombine çekme direnci 1.5kΩ ise, 3dB noktası yaklaşık 1MHz’dir.

I2C haberleşme protokolü

Bu, veri yolunda mümkün olan maksimum veri hızını sınırlanır, ancak düşük empedanslı çıkışların birbirini tahrik ettiği ve kapıdan yüksek akımların zarar görmesine neden olan bir duruma sahip olmama gibi açık bir yararı vardır.

I2C sinyallerinin çift yönlü doğası, bus voltaj seviyelerindeki değişim ve açık drain çıkış gereksinimleri, seviye çeviri devresini oldukça karmaşık hale getirir.

Mantık Düzeyleri Uyumluluğu

Farklı mantık seviyeleri, yüksek/düşük mantık geçişini belirleyen farklı mantık eşik voltajlarına sahiptir.

Farklı voltaj standartları da yarı iletken cihazların giriş ve çıkışlarında diyot bağlantılarının varlığı nedeniyle sorunlara neden olur.

Besleme voltajından daha yüksek sürülen sinyal seviyeleri diyotu “latch-up” adı verilen yıkıcı bir durumda iletime zorlar.

I2C geleneksel olarak 5V mantık standartlarına uygundur, ancak potansiyel olarak diğer birçok düşük voltaj arayüz standardıyla da çalışması gerekir.

Arabirim standart eşikleri ve bölgeleri kabul edilebilir aralıklarda görünse bile, azaltılmış gürültü marjları uygun mantık düzeyinde çeviri olmadan veri yolu performansından ödün verir.

Bir veri yolu sistemi, cihaz varyasyonu ve öngörülen sıcaklık aralığı boyunca tek tek cihazlarla ilgili en kötü mantık seviyeleri kombinasyonu ile uyumlu olmalıdır.

Ortak veri yolundaki her cihazın kapasitansı artırdığını ve marjinleri daha da azaltabileceğini unutmayın.

Tek sonlu/uçlu haberleşme ağları ,özellikle uzun telli olanlar, zeminde empedanslara veya toprak atlamalarına neden olan – seviye sınırlarını daha da azaltan etkilere maruz kalır.

İki yönlü bir tamponun kullanımı özel olarak farklı voltaj çevirisi sunmayabilir, ancak sinyal seviyelerinin standartlar arasında uyumlu olduğu durumlarda voltaj toleranslarının korunmasına yardımcı olabilir.

I2C Tekrarlayıcılar ayrıca bir veriyolunun kapasitif yükünü ikiye bölerek, kablo geçişlerini veya bir sistemde desteklenebilen cihaz sayısını ayırarak izole etmenin bir yolunu sunar.

I2C arayüzleri, düşük veri hızı, 5V sinyal desteği ve açık tahliye yapısı nedeniyle uzun kablo çalışmalarına karşı çok toleranslıdır.

Bu özellikler, seri veri yoluna takılan ve çıkan cihazların seviye çeviri devresinin karmaşıklığını arttırdığı ve açıkta kalan bağlantıların elektrostatik deşarj (ESD) koruması gereksinimi eklediği durumlarda kullanılmasına yol açar.

I2C haberleşme protokolü nasıl çalışır

Ayrık MOSFET Düzeyi Çeviri Yöntemi

Çift yönlü seviye kaydırma her iki yönde de yapılmalıdır.

En basit yöntem, resimde de gösterildiği gibi MOSFET’leri kullanır.

MOSFET seviye değiştiricisi 100kHz ila 400kHz iletişim standartları için kabul edilebilir olsa da, RC zaman sabitleri tarafından daha önce belirtilen frekans sınırlamaları nedeniyle daha hızlı çalışma modları için gerekli performansa sahip değildir.

Daha yüksek bant genişliği modlarının kullanıldığı durumlarda, özel amaçlı seviye çevirici cihazlar gereklidir.

I2C arayüzleri bu etki ile sınırlı pozitif kenarlara sahiptir.

MOSFET devresi, ek parazit kapasitanslar (örneğin Miller etkisi) ve yön değişiklikleri sırasında her iki kenarın özelliklerini daha da deforme eden anahtarlama seviyeleri sunar.

Mantık arabirimi, çıktının belirsiz olduğu eşik voltajı etrafında bir geçiş bölgesine sahip oldukları için bu durum sorun yaratabilir.

Bu aralıkta yer alan sinyaller, sinyalde hatalara neden olan “meta-kararlı durumlar” olarak adlandırılan şeye neden olur.

Schmitt tetik girişleri, giriş kapısı çıkışından gelen pozitif geri beslemenin neden olduğu gerilim histerezisi olan özel arayüzlerdir.

Bu, gürültü marjını artırır ve yavaş değişen sinyaller nedeniyle metastabilite potansiyelini azaltır.

Ayrıca, I2C seri veri yollarında gürültülü, yavaş veya monotonik olmayan sinyaller de olabilir, bir debounce algoritması kullanılarak düzeltilir.

Bir debounce algoritması, giriş sinyalinin değişmeden önce bir süre boyunca sürekli bir sinyal seviyesi için izlendiği ve bu süre içinde oluşan aksaklık geçişlerini reddettiği bir bekleme süresi sağlar. Bu, FPGA’lar ve mikrodenetleyicilerdeki ‘bit-banging’ yazılım uygulamaları ile kullanılan bir tekniktir.

ı2c haberleşme protokolü nedir

İzole Yöntemler

Resimde de gösterildiği gibi bir sistem, voltaj seviyesi çevirisine bakılmaksızın, iki cihaz arasında doğrudan elektrik bağlantısı olan, izole edilmemiş bir sistemdir.

I2C arayüzleri dengesiz olduğundan ve uzun kablo bağlantılarına sahip olabileceğinden, bu potansiyel farklılıklar topraklama sinyallerinde sahte gürültü akımlarına yol açabilir.

Yalıtımsız topraklamalar, yüksek voltaj devreleriyle uğraşırken tehlikeli arıza koşullarına yol açabilir. Çapraz izolasyon sınırlarının uygulandığı uygulamalarda kullanılan I2C arayüzleri güvenlik standartlarını karşılamalı ve galvanik izolasyon gerektirmelidir.

I2C otobüslerinin elektriksel olarak izole edilmesine yönelik yaygın yöntem, izolasyon sınırı olarak seviye çevirisini de içerir ve izolasyon sınırının her iki tarafında herhangi bir voltaj desteğini sağlar.

Geleneksel izolasyon teknikleri arasında opto-kuplajlar veya kapasitif bir köprü veya endüktif transformatör boyunca seri veri yolu sinyal bilgilerini modüle eden cihazlar aracılığıyla fotovoltaik izolasyon bulunur.

Tüm bunlar, çift yönlü sinyalleri iki tek yönlü yola bölme/rekombinasyonun ortak özelliğini paylaşma eğilimindedir.

Bazı uygulamalar, desteklenen bir kablonun uzunluğunu uzatır ve sinyalleri diferansiyel bir standarda (RS485 gibi) dönüştürerek gürültü bağışıklığını artırır.

Ayrıca daha yüksek sinyal voltajları kullanabilirler.

Yine resimde görüleceği üzere açıklanan devre gibi I2C-bus’ın opto-elektriksel izolasyonu, 1Mbps’yi aşan hızlarda çalışabilir.

Çift Yönlü Gerilim Seviye Dönüşümleri

Çift yönlü voltaj çeviricileri bir I2C veriyolunda çalışabilir.

Cihazın, veri yolu voltajı seviyesini doğru çevirmen tarafıyla eşleştirerek doğru veriyolu yönlendirmesi olduğundan emin olmak önemlidir.

Çoğu çevirmen, bir tarafın diğer tarafa göre minimum voltajdan (tipik olarak 1V civarında) daha büyük olduğunu belirtir.

Her iki tarafın da, AN11127 uygulama notunda açıklandığı gibi, doğru I2C çalışması için çekme sistemi  gerekir.

Bu tür cihazlar, 5V ve 3V3 bağımlı çevre birimlerinden FPGA’ların veya mikrodenetleyicilerin düşük voltajlı Giriş/Çıkış kümelerine I2C bağlantısını desteklemek için mükemmeldir.

NVT2001 gibi çift açık tahliye çift yönlü voltaj seviyesi çevirici cihazlar, düşük bileşen sayısı, yüksek çözüm esnekliği, entegre ESD koruması ve küçük fiziksel paketler nedeniyle çok voltajlı bus mimarilerini basitleştirir.

Ayrıca, bir I2C veriyolundaki daha yavaş ve daha hızlı elemanlar arasında yalıtım sağlayarak, aynı tasarımda birlikte çalışabilmelerini sağlarlar.

Hızlı mod iletişimi sırasında daha yavaş haberleşmelerin bağlantısını kesmek için etkinleştirme piminin kontrol edilmesi bir arada bulunmayı sağlar.

Bu cihazlar, açık bir drenaj sisteminde 1,5ns’den daha az yayılma gecikmesi (veri yolu yüklemesi dahil değil) ve 33MHz saat performansına sahiptir.

Yüksek frekans desteği, ultra hızlı çalışma modları için seviye kaydırmayı içeren çözümlere olanak tanır ve gelecekte daha yüksek hızda I2C arayüz standartları olasılığını artırır.

I2C Haberleşme Protokolü Nedir Sonuç :

Bugün I2C Haberleşme protokolü nedir adlı yazımızı sizlerle paylaştık.Umuyorum faydalı birtakım bilgiler edinmişsinizdir.

İyi Çalışmalar

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.