I(2)C总线是一种2线双向通信总线，主要用于系统配置和监控。总线主机，通常是一个微控制器单元(MCU)，轮询系统组件的信息，如电源电压和温度、可移动卡上存储器中的重要产品数据(VPD)和系统配置。主机也可以使用总线通过通用输入/输出端口(gpio)和其他可编程设备来重新配置系统。大规模的电信和数据存储系统被分成几个外设卡。每个卡插入I(2)C总线，并通过后平面将其系统信息传递给mcu。

在使用I(2)C总线设计系统时，必须考虑某些因素，以确保高水平的可靠性。首先，系统必须提供对挂起或卡住总线的保护。如果由于任何原因，业务处于低位，就有可能使整个系统崩溃。另一个考虑是处理总线上的大容性负载。I(2) c标准规定了总线上400pF的限制。随着系统变得越来越大，这个规范变得有问题，因为有很多设备直接连接到总线上。系统也需要是健壮的，允许从活背板插入或取出卡而不会损坏其i (2)C总线数据。最后，卡片必须不受人为操作可能产生的ESD事件的影响。

LTC4304是一种多功能器件。它有一个灵活的架构，允许它配置到几乎任何系统。ltc4304具有专有的卡总线保护电路，可以减轻mcu监控，故障排除和解决卡总线的任务。简化此任务还节省了espcb板空间和连接器引脚。LTC4304提供双向电容缓冲，将卡总线与背板总线隔离。上升时间加速器帮助负载沉重的总线满足I(2)C上升时间规格。LTC4304还可以在不损坏I(2)C总线上的数据的情况下将卡插入或从系统中取出。内置±15kv人体模型ESD保护为通常将SDA和scl线直接连接到卡片连接器的卡片提供坚固的前端。

电路操作

启动和热插拔

为了充分利用LTC4304的shot Swap功能，必须使用交错连接器:其中V(CC)和gnd是最长的引脚，SDA和scl引脚中等长度，enable是最短的。卡的V(CC)和gnd与带电背板连接后，V(CC)上的电压开始上升。此时，LTC4304的预充电电路将theSDA和SCL线上的电容充电至1V。预充电dsda /SCL线在连接到背板时将总线上的干扰降至最低。在电源电压高于2.5V(典型)并且enableon上的电压高于1.4V(典型)之前，theLTC4304电路的其余部分将被禁用。使enable最短引脚确保scl和SDA在总线上建立连接之前牢固地固定。当ltc4304的V(CC)供电有效时，它假设卡连接到带电背板，并在sain和slin上寻找背板侧的停止位或总线空闲。当满足这些条件之一且SDAOUT和SCLOUT值高时，连接电路被激活，将卡侧总线与背板总线连接起来。这些要求确保插卡时总线上的数据不被损坏。READY表示连接电路的状态，当连接电路处于活动状态时为高电平。

总线卡低超时

LTC4304监控I(2)Cbus卡侧的SDAOUT和sclout。当SDAOUT或SCLOUT低时，启动一个内部定时器，只有当SDAOUT和SCLOUT都高时才进行重置。如果SDAOUT或SCLOUT在30ms内没有变高，输入和输出之间的连接将自动断开，并且的错断言低，表示总线卡住。LTC4304也检测到故障，如果上电到卡总线状态。在任何一种情况下，LTC4304在SCLOUT上自动产生多达16个8.5kHz的时钟脉冲。如果SDAOUT和sclout变高，的错松开并拉高。然后LTC4304在自动重新连接之前寻找停止位或空闲总线。当存在卡总线条件时，即使不满足总线空闲条件，也可以使用上升沿onENABLE强制连接。

电容缓冲

连接电路包含一个独特的正在申请专利的架构，提供电气隔离，将卡侧总线上的电容与背板侧总线隔离，同时保持完整的I(2)C功能。这意味着MCU只看到背板的电容和LTC4304的低输入电容，<10pF的设计保证。LTC4304驱动卡侧电路的电容。LTC4304调节被驱动到稍高电压的另一侧的电压。这个电压(称为V(OS))是V(CC)，上拉电阻和内部设定常数项的函数，由公式给出:

例如:对于2.7k欧姆上拉和3.3V的V(CC)，

上升时间加速器

上升时间加速器包括所有四个SDA和SCL引脚。一旦被激活，加速器将3.5 ma电流(通常在V(CC) = 2.7V时)切换到SDA和SCL线，使它们上升得更快。这确保了上升时间的要求得到满足，并允许使用更大的上拉电阻来降低功耗。当ACC连接到地面，四个加速器都打开。当ACC连接到V(CC)时，四个加速器都处于OFF状态。当ACC是浮动的，则只有SDAOUT和sclout上的加速器被激活。加速器不能用于上拉电压小于V(CC)的引脚上。提供的加速器控制的灵活性ACC允许LTC4304与与其电源不同的总线接口。

应用程序

卡总线自动解决不依赖于MCU

I(2)C总线协议要求在设备之间进行双向通信。一个典型的例子是一个微控制器单元(或MCU)与一个从设备通信。当从设备的内部寄存器被MCU读取时，MCU对从设备进行时钟处理以接收每一位数据。当MCU与从设备不同步时，会出现问题——从设备正在等待另一个时钟，而MCU认为它已经发送了足够的时钟。如果从设备恰好保持数据线低，所有进一步的通信被阻止，I(2)C总线被卡住。

图1显示了一张带有常驻LTC4304的卡，当卡插入背板时，LTC4304充当卡上设备和I(2)C总线之间的接口。在正常的插入式操作中，sain和sdaout以及slin和SCLOUT之间建立连接。内部比较器监控电路的theSDAOUT和SCLOUT节点。当SDAOUT或SCLOUTis低时，启动一个内部计时器。只有当SDAOUT和sclout都很高时，计时器才会重置。如果它们在30ms内没有变高，则确定总线卡低，sain和SDAOUT之间的连接断开，slin和SCLOUT断开，将问题设备与总线隔离。的错低拉指示有故障总线。此时假定MCU和与之通信的设备不同步。MCU发出了交易所需的所有时钟，但设备仍处于交易的中间。设备正在等待更多的时钟完成将数据放到总线上，它放到总线上的最后一个比特恰好是一个低比特，因此它保持总线低比特，直到它得到更多的时钟(总线被卡住了)。由于连接断开，问题设备现在与I(2)C总线隔离，系统的其余部分可以自由地恢复正常操作。

连接断开后，tc4304在sclout上自动产生多达16个8.5kHz的时钟脉冲，足够的时钟清除问题设备上的内部寄存器。根据故障发生的方式，可以使用一个或任意数量的时钟(最多16个)清除设备。在任何时候，如果SDAOUT和SCLOUT高，的错被释放到高位，自动时钟被停止，连接被自动启用。当被卡住的从机在连接后看到aSTART位时，它将中止中断的通信并复位。故障清除与MCU无关。如果故障不能清除，则故障电路与系统保持隔离。图2显示了一个使用自动时钟解决卡住总线的示例。

供应独立性和水平翻译

LTC4304可以作为工作在一个电压下的背板和工作在不同电压下的卡之间的桥接。图3显示了一些典型配置。注意，sain和slin上拉电压v (CC)和sdaout和SCLOUT上拉电压是相互独立的。

当母线上拉电压低于V(CC)时，上升时间加速器必须禁用。图3a显示了V(CC)高于sain和slin上拉电压的情况。在这种情况下ACC必须是浮动的，只能在输入端禁用上升时间加速器。在图3b中，V(CC)等于输出侧上拉电压，小于输入侧上拉电压。ACC连接到GND以使能所有四个上升时间加速器。最后，在图3c中，V(CC)大于两边的上拉电压。ACC连接到V(CC)以禁用所有四个加速器。

结论

LTC4304是一款多功能器件，具有令人印象深刻的功能，旨在提高I(2)C总线的可靠性。灵活的架构允许LTC4304配置到几乎任何系统。LTC4304隔离和解决卡总线独立于theMCU。电容缓冲，电平转换，热插拔功能和±15kV人体ESD保护使LTC4304成为任何I(2)C应用的理想解决方案。

LTC4304提供小10引脚MSOP和DFN (3mm × 3mm)封装。

LTC4304的功能简化版本也可用。LTC4303提供了LTC4304的所有功能，除了的错输出标志和ACC控制销。LTC4303是LTC4300A-1的替代品，其上升时间加速器是永久启用的。