Texas Instruments TCAL6408 I^2^C总线/SMBus I/O扩展器可为两线双向I^2^C总线（或SMBus）协议提供通用并行输入/输出（I/O）扩展。该器件的工作电源电压范围为1.08V至3.6V（在I^2^C总线侧，为V CCI ；在P端口侧，为V CCP ）。

数据手册：*附件：Texas Instruments TCAL6408 I2C总线SMBus IO扩展器数据手册.pdf

该器件支持100kHz（标准模式）、400kHz（快速模式）和1MHz（快速+模式）的I^2^C时钟频率。当开关、传感器、按钮、LED、风扇等设备需要额外使用I/O时，I/O扩展器（例如TCAL6408）可提供简单解决方案。

Texas Instruments TCAL6408具有敏捷I/O端口，还包括旨在提高I/O在速度、功耗和EMI方面性能的额外性能。这些其他特性包括可编程输出驱动强度、上拉/下拉电阻、可闭锁输入、可屏蔽中断、中断状态寄存器以及可编程开漏或推挽输出。

特性

• 工作电源电压范围：1.08 V至3.6 V
• 支持1.2V、1.8V、2.5V和3.3V I^2^C总线与P端口之间进行双向电压电平转换和GPIO扩展
• 1.8V时具有1µA（典型值）的低待机电流消耗
• 1MHz快速+模式I^2^C总线
• 硬件地址引脚，允许在同一I^2^C/SMBus总线上支持两个器件
• 低电平有效复位输入 (RESET)
• 低电平有效的开漏中断输出 (INT)
• 输入或输出配置寄存器
• 极性反转寄存器
• 可配置I/O驱动强度寄存器
• 上拉和下拉电阻器配置寄存器
• 内部上电复位
• SCL/SDA输入端静噪滤波
• 锁存输出带大电流驱动最大能力，用以直接驱动LED
• 闭锁性能超过100mA，符合JESD 78 II类标准
• 静电放电保护超出JESD 22标准
  • 4000V人体模型 (A114-A)
  • 1000V充电器件模型 (C101)

简化版原理图

德州仪器TCAL6408 I2C总线/SMBus IO扩展器技术解析

一、产品概述与核心特性

TCAL6408是德州仪器(TI)推出的一款8位双向电压转换I2C总线/SMBus IO扩展器，具有中断输出、复位和灵活IO配置寄存器功能。该器件具有以下显著特性：

• ‌宽电压工作范围‌：支持1.08V至3.6V工作电压，可实现1.2V、1.8V、2.5V和3.3V I2C总线与P端口间的双向电压电平转换
• ‌超低功耗‌：1.8V时典型待机电流仅1μA
• ‌高速接口‌：支持1MHz快速模式Plus I2C总线
• ‌灵活配置‌：硬件地址引脚允许同一I2C总线上连接两个器件
• ‌增强型IO功能‌：可配置输出驱动强度、可编程上拉/下拉电阻、锁存输入、可屏蔽中断等
• ‌强大保护功能‌：ESD保护超过JESD 22标准(4000V HBM/1000V CDM)

二、关键电气参数

2.1 电源规格

• ‌工作电压范围‌：VCCI(总线侧)和VCCP(P端口侧)均为1.08V至3.6V
• ‌静态电流‌：
  • 快速模式(400kHz)下7μA(典型值)
  • 待机模式下1.5μA(典型值)
• ‌POR阈值‌：上升沿0.85V(典型值)，下降沿0.75V(典型值)

2.2 驱动能力

• ‌输出高电平‌：VOH = VCCP-33mV @100mA
• ‌输出低电平‌：VOL = 33mV @100mA
• ‌可调驱动强度‌：四档可编程(25%/50%/75%/100%)

2.3 时序特性

• ‌I2C总线时序‌：
  • 标准模式：100kHz
  • 快速模式：400kHz
  • 快速模式Plus：1MHz
• ‌中断响应时间‌：典型值1μs

三、功能模块详解

3.1 电压转换机制

TCAL6408支持I2C总线侧(VCCI)与P端口侧(VCCP)之间的双向电压转换，典型电压组合包括但不限于：

• 1.2V ↔ 1.8V/2.5V/3.3V
• 1.8V ↔ 2.5V/3.3V
• 2.5V ↔ 3.3V

3.2 增强型IO功能

• ‌可编程驱动强度‌：通过CC-XX寄存器位控制，每IO可独立配置四档驱动电流
• ‌上拉/下拉电阻‌：100kΩ可编程电阻，可通过寄存器独立启用/禁用
• ‌输入锁存‌：锁存输入状态变化，防止短脉冲丢失
• ‌中断管理‌：可屏蔽中断、中断状态寄存器

3.3 保护机制

• ‌ESD保护‌：4000V人体模型(HBM)，1000V充电器件模型(CDM)
• ‌热特性‌：结温范围-40°C至+125°C
• ‌输出保护‌：禁止IO引脚直接接地(建议串联>10kΩ电阻)

四、典型应用设计

4.1 硬件设计要点

1. ‌上拉电阻计算‌：
   • 最小值：Rp_min = (VCCI - VOL_max)/IOL
   • 最大值：Rp_max = tr/(0.8473×Cb)
2. ‌LED驱动设计‌：
   • 建议并联高阻值电阻(如100kΩ)或使用VCCP < LED供电电压至少VT
3. ‌布局建议‌：
   • 旁路电容尽量靠近器件
   • 信号线避免直角走线
   • 四层板优先，专用电源和地层

4.2 寄存器配置流程

1. ‌初始化序列‌：
   • 配置输出驱动强度(寄存器40h/41h)
   • 设置上拉/下拉(寄存器43h/44h)
   • 配置IO方向(寄存器03h)
2. ‌中断配置‌：
   • 启用输入锁存(寄存器42h)
   • 设置中断掩码(寄存器45h)
   • 读取中断状态(寄存器46h)