SGM4594：低电压16位I²C和SMBus低功耗I/O扩展器的全面解析

在电子设计领域，I/O扩展器是解决设备需要额外I/O端口问题的常用方案。今天要介绍的SGM4594就是一款非常出色的通用并行输入输出（I/O）扩展器，下面我们来详细了解一下它的特性、应用及相关参数。

文件下载：SGM4594-Brief.pdf

一、产品概述

SGM4594是一款通用的并行I/O扩展器，由两个通道和8位并行I/O扩展组成。它通过两线双向I²C总线（或SMBus）与处理器进行通信，支持I²C标准模式（100kHz）和I²C快速模式（400kHz）时钟频率。这为需要额外I/O的设备，如LED、按钮、传感器等，提供了简单的解决方案。

该器件可以通过A0、A1和A2引脚选择设备地址。当输入端口状态发生变化时，nINT引脚会产生中断信号。在推挽输出模式下，当相应的输出异常指示端口寄存器设置为1时，nINT引脚也会指示输出异常。此外，SGM4594可以通过循环电源并进行上电复位，将自身重置为默认状态。

SGM4594采用绿色TSSOP - 24和TQFN - 4×4 - 24FL封装，支持 - 40℃至 + 125℃的温度范围。

二、特性亮点

1. 宽输入电压范围

输入电压范围为1.65V至5.5V，能够适应多种不同的电源环境，增加了其应用的灵活性。

2. 并行I²C I/O扩展

提供并行I²C I/O扩展功能，方便与处理器进行通信，满足设备对更多I/O端口的需求。

3. 5V容忍输入输出端口

输入输出端口能够容忍5V电压，增强了其与其他设备的兼容性。

4. 上拉电阻

每个端口都有一个100kΩ的上拉电阻连接到VCC，有助于稳定信号。

5. 低电平有效中断输出

具有低电平有效中断输出功能，方便系统及时响应输入端口状态的变化。

6. 支持I²C快速模式

支持400kHz的I²C快速模式，提高了数据传输速度。

7. 内部上电复位

内部具有上电复位功能，确保设备在上电时能够正常初始化，且上电时无毛刺。

8. 极性反转寄存器

具备极性反转寄存器，增加了设计的灵活性。

9. 与大多数处理器兼容

能够与大多数处理器兼容，方便集成到不同的系统中。

10. 可选择设备地址

通过三个引脚可以选择设备地址，最多可支持八个设备，提高了系统的扩展性。

11. 直接驱动LED

锁存输出可以直接驱动LED，简化了LED驱动电路的设计。

12. 闩锁性能

闩锁性能（>100mA）符合JESD 78 Class II标准，保证了设备的可靠性。

13. 宽工作温度范围

工作温度范围为 - 40℃至 + 125℃，适用于各种恶劣的工业环境。

三、应用领域

1. I²C GPIO扩展

可用于扩展系统的通用输入输出（GPIO）端口，满足设备对更多I/O的需求。

2. 工业、工厂、建筑、测试和测量

在工业自动化、工厂控制、建筑自动化以及测试测量设备中，SGM4594可以提供额外的I/O端口，实现对各种设备的控制和监测。

四、典型应用电路

典型应用电路展示了SGM4594与控制器和外设的连接方式。通过I²C总线（SCL和SDA）与控制器进行通信，nINT引脚用于中断信号输出，P0和P1端口用于连接外设。

五、封装与订购信息

SGM4594提供两种封装形式：TSSOP - 24和TQFN - 4×4 - 24FL。不同封装的订购信息如下：	MODEL	PACKAGE DESCRIPTION	SPECIFIED TEMPERATURE RANGE	ORDERING NUMBER	PACKAGE MARKING	PACKING OPTION
SGM4594	TSSOP - 24	- 40°C至 + 125°C	SGM4594XTS24G/TR	SGM4594 XTS24 xXXXX	Tape and Reel, 4000
TQFN - 4×4 - 24FL	- 40°C至 + 125°C	SGM4594XTXD24G/TR	SGM4594 XTXD24 XXXXX	Tape and Reel, 3000

其中，XXXXX代表日期代码、跟踪代码和供应商代码。

六、绝对最大额定值

在使用SGM4594时，需要注意其绝对最大额定值，以避免设备损坏。例如，电源电压范围为 - 0.5V至6V，输入电压范围和输出电压范围也为 - 0.5V至6V等。具体的绝对最大额定值如下表所示：	Supply Voltage Range, V CC	- 0.5V to 6V
Input Voltage Range (1) , V I	- 0.5V to 6V
Output Voltage Range (1) , V O	- 0.5V to 6V
Input Clamp Current, I IK (V I < 0V)	- 20mA
Output Clamp Current, I OK (V O < 0V)	- 20mA
Input - Output Clamp Current, I IOK (V O < 0V or V O > V CC )	±20mA
Continuous Output Low Current, I OL (V O = 0V to V CC )	50mA
Continuous Output High Current, I OH (V O = 0V to V CC )	- 50mA
Continuous Current through GND	- 250mA
Continuous Current through V CC	160mA
Package Thermal Resistance
TSSOP - 24, θ JA	84℃ /W
TSSOP - 24, θ JB	52.8℃ /W
TSSOP - 24, θ JC	33.2℃ /W
TQFN - 4×4 - 24FL, θ JA	45.4℃ /W
TQFN - 4×4 - 24FL, θ JB	23.2℃ /W
TQFN - 4×4 - 24FL, θ JC (TOP)	35.6℃ /W
TQFN - 4×4 - 24FL, θ JC (BOT)	12.1℃ /W
Junction Temperature	+ 150℃
Storage Temperature Range	- 65℃ to + 150℃
Lead Temperature (Soldering, 10s)	+ 260℃
ESD Susceptibility (2) (3)
HBM	±4000V
CDM	±1000V

七、推荐工作条件

推荐的工作条件包括电源电压范围、I/O端口电压范围、输入输出电流等。例如，电源电压范围为1.65V至5.5V，不同温度下的输出电流也有所不同。在设计电路时，需要确保设备在推荐工作条件下运行，以保证其性能和可靠性。

八、ESD敏感性和过应力注意事项

ESD保护对于SGM4594这类集成电路非常重要。如果不仔细考虑ESD保护措施，可能会导致设备损坏。SGMICRO建议在处理所有集成电路时采取适当的预防措施。同时，超过绝对最大额定值的应力可能会对设备造成永久性损坏，长时间暴露在绝对最大额定值条件下可能会影响设备的可靠性。

九、引脚配置和描述

1. 引脚配置

SGM4594的TSSOP - 24和TQFN - 4×4 - 24FL封装的引脚配置有所不同，但功能基本一致。例如，nINT为开漏输出引脚，通过上拉电阻连接到VCC；A0、A1、A2为模拟输入引脚，可连接到VCC或GND等。

2. 引脚描述

PIN	TSSOP - 24	TQFN - 4×4 - 24 FL	NAME	TYPE	DESCRIPTION
1	22	nINT	O	Open - Drain Output Pin. A pull - up resistor is used to connect to V CC.
2	23	A1	I	Analog Input A1. Connected to V CC or GND.
3	24	A2	I	Analog Input A2. Connected to V CC or GND.
4 - 11	1 - 8	P0_0 - 7	I/O	P0_0 to P0_7 of Port 0 Input/Output. Default as an input at power - on.
12	9	GND	G	Ground.
13 - 20	10 - 17	P1_0 - 7	I/O	P1_0 to P1_7 of Port 1 Input/Output. Default as an input at power - on.
21	18	A0	I	Analog Input A0. Connected to V CC or GND.
22	19	SCL	I	Clock Signal.
23	20	SDA	I/O	Data Signal.
24	21	VCC	P	Supply Voltage.
-	Exposed Pad	EP	-	Thermal Pad. It can be connected to GND or be left floating. This pad is not an electrical connection point.

十、测试电路和波形

文档中还给出了I²C接口负载电路、中断负载电路和P - 端口负载电路的测试电路及相应的波形图。这些测试电路和波形图有助于工程师在实际应用中对SGM4594进行测试和调试，确保其正常工作。

十一、功能框图

功能框图展示了SGM4594的内部结构，包括中断逻辑、I²C总线寄存器、输入输出端口等。了解其内部结构有助于工程师更好地理解设备的工作原理，进行更优化的设计。

十二、封装信息

1. 封装外形尺寸

详细给出了TSSOP - 24和TQFN - 4×4 - 24FL封装的外形尺寸和推荐焊盘尺寸，方便工程师进行PCB设计。

2. 编带和卷盘信息

提供了不同封装的编带和卷盘的关键参数，如卷盘直径、卷盘宽度、引脚1象限等，便于生产和采购。

3. 纸箱尺寸

给出了不同卷盘类型对应的纸箱尺寸，方便产品的包装和运输。

综上所述，SGM4594是一款功能强大、性能可靠的I/O扩展器，适用于多种应用场景。在实际设计中，工程师需要根据具体需求合理选择封装形式，注意其绝对最大额定值和推荐工作条件，同时做好ESD保护和电路测试，以确保设备的正常运行。大家在使用SGM4594的过程中，有没有遇到过什么问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享。