SGM4593：低电压16位I²C和SMBus低功耗I/O扩展器的深度解析

在硬件设计中，当设备需要额外的I/O接口时，I/O扩展器就显得尤为重要。SGM4593作为一款通用的并行输入输出（I/O）扩展器，为这类需求提供了一个简单有效的解决方案。下面将从多个方面对其进行详细解读。

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1. 产品概述

SGM4593由两个通道和8位并行I/O扩展组成，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。它能为需要额外I/O的设备，如LED、按钮、传感器等提供支持。该器件可通过A0、A1和A2引脚选择设备地址，当输入端口状态改变时，nINT引脚会产生中断信号。在推挽输出模式下，若相应的输出异常指示端口寄存器设置为1，nINT引脚也可指示输出异常。此外，SGM4593可通过循环电源并进行上电复位，将自身重置为默认状态。

2. 产品特性

2.1 宽电压范围

SGM4593的输入电压范围为1.65V至5.5V，能够适应多种不同的电源环境，这使得它在不同的应用场景中都能稳定工作。

2.2 并行I²C I/O扩展

支持并行I²C I/O扩展，为设备提供了更多的I/O接口，方便连接更多的外设。

2.3 5V容限输入输出端口

输入输出端口具有5V容限，增强了其与其他设备的兼容性，降低了因电压不匹配而导致的损坏风险。

2.4 低电平有效中断输出

nINT引脚为低电平有效中断输出，当输入端口状态改变或输出异常时，能及时向处理器发出中断信号，便于系统及时响应。

2.5 支持400kHz I²C快速模式

快速的通信速率提高了数据传输效率，使设备能够更快地响应外部事件。

2.6 内部上电复位

具备内部上电复位功能，确保设备在上电时能自动恢复到默认状态，提高了系统的稳定性。

2.7 无上电毛刺

在上电过程中不会产生毛刺，避免了因上电瞬间的不稳定信号对设备造成的影响。

2.8 极性反转寄存器

极性反转寄存器的存在增加了设备的灵活性，可根据实际需求对信号极性进行调整。

2.9 多设备地址选择

通过三个引脚（A0、A1、A2）可选择设备地址，最多可支持八个设备，方便在同一总线上连接多个SGM4593。

2.10 直接驱动LED

锁存输出可直接驱动LED，简化了电路设计，减少了外部驱动电路的使用。

2.11 闩锁性能

闩锁性能（>100mA）符合JESD 78 Class II标准，提高了设备的可靠性和抗干扰能力。

2.12 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。

2.13 环保封装

提供绿色TSSOP - 24和TQFN - 4×4 - 24FL封装，符合环保要求。

3. 应用领域

SGM4593适用于I²C GPIO扩展，在工业、工厂、建筑、测试和测量等领域都有广泛的应用。例如，在工业自动化中，可用于连接各种传感器和执行器；在建筑自动化中，可用于控制照明、门禁等设备。

4. 典型应用电路

其典型应用电路展示了SGM4593与控制器和外设的连接方式。VCC为电源，SCL和SDA为I²C总线的时钟和数据信号，nINT为中断信号，P0_0 - P0_7和P1_0 - P1_7为I/O端口，A0、A1、A2用于选择设备地址，GND为接地。通过合理连接这些引脚，可以实现设备与处理器之间的通信和数据交互。

5. 封装与订购信息

SGM4593提供两种封装形式：TSSOP - 24和TQFN - 4×4 - 24FL。两种封装的工作温度范围均为 -40℃至 +125℃，订购时需注意对应的订购编号和封装标记。TSSOP - 24封装的产品采用Tape and Reel包装，每卷4000个；TQFN - 4×4 - 24FL封装的产品同样采用Tape and Reel包装，每卷3000个。

6. 绝对最大额定值和推荐工作条件

6.1 绝对最大额定值

包括电源电压范围（-0.5V至6V）、输入电压范围（-0.5V至6V）、输出电压范围（-0.5V至6V）等多项参数。在使用过程中，应避免超过这些额定值，以免对设备造成永久性损坏。

6.2 推荐工作条件

电源电压范围为1.65V至5.5V，I/O端口电压范围为 -0.5V至5.5V。不同温度下，输出电流的最大值也有所不同，如在TJ ≤ +65℃时，P0_7 - 0、P1_7 - 0的低电平输出电流最大值为25mA；在TJ = +125℃时，该值为4.5mA。在设计电路时，需根据实际工作温度选择合适的输出电流，以确保设备的正常工作。

7. ESD敏感性和过应力注意事项

7.1 ESD敏感性

SGM4593是集成电路，若不仔细考虑ESD保护措施，可能会导致器件损坏。因此，在处理和安装过程中，应采取适当的预防措施，如使用防静电手环、防静电工作台等。ESD损坏可能导致设备性能下降甚至完全失效，尤其是精密集成电路，微小的参数变化都可能使设备无法满足规定的规格。

7.2 过应力注意事项

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。在推荐工作条件之外的任何条件下，不保证设备的正常功能。

8. 引脚配置和描述

8.1 引脚配置

TSSOP - 24和TQFN - 4×4 - 24FL两种封装的引脚配置有所不同，但功能基本一致。主要引脚包括nINT（中断输出）、SCL（时钟信号）、SDA（数据信号）、A0 - A2（设备地址选择）、P0_0 - P0_7和P1_0 - P1_7（I/O端口）、VCC（电源）和GND（接地）等。

8.2 引脚描述

不同引脚具有不同的类型和功能，如nINT为开漏输出引脚，需通过上拉电阻连接到VCC；A0 - A2为模拟输入引脚，可连接到VCC或GND；P0_0 - P0_7和P1_0 - P1_7为I/O端口，上电时默认作为输入。

9. 测试电路和波形

9.1 测试电路

包括I²C接口负载电路、中断负载电路和P - 端口负载电路等。在测试过程中，需注意负载电阻（RL）和负载电容（CL）的取值，以及输入信号的参数（如PRR ≤ 10MHz，Z0 = 50Ω，tR / tF ≤ 30ns）。

9.2 波形

展示了I²C接口电压波形、中断电压波形和P - 端口电压波形等。通过分析这些波形，可以了解设备在不同工作状态下的信号特征，有助于调试和优化电路。

10. 功能框图

10.1 整体框图

SGM4593的功能框图展示了其内部结构，包括nINT引脚、LP滤波器、中断逻辑、I²C总线寄存器、移位控制、输入滤波器、I/O端口等部分。所有I/O在上电复位时都设置为输入状态。

10.2 P - 端口简化原理图

P - 端口的简化原理图展示了输入输出端口的寄存器结构，包括输出端口寄存器、输入端口寄存器、极性反转寄存器等。上电复位时，所有寄存器都恢复到默认值。

11. 封装信息

11.1 封装外形尺寸

详细给出了TSSOP - 24和TQFN - 4×4 - 24FL两种封装的外形尺寸和推荐焊盘尺寸。在进行PCB设计时，需根据这些尺寸进行合理布局，以确保器件的正常安装和焊接。

11.2 编带和卷盘信息

包括编带和卷盘的尺寸参数，如卷盘直径、卷盘宽度、引脚间距等。不同封装的编带和卷盘参数有所不同，在采购和使用时需注意区分。

11.3 纸箱尺寸

给出了13″卷盘对应的纸箱尺寸和每箱的卷盘数量，方便物流运输和存储。

综上所述，SGM4593是一款功能强大、性能稳定的I/O扩展器，在多个领域都有广泛的应用前景。电子工程师在设计电路时，可根据实际需求合理选择该器件，并注意各项参数和注意事项，以确保设计的可靠性和稳定性。你在使用SGM4593的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。