数据处理、数据存储和通信系统的可靠性在一定程度上取决于系统的监控程度。为此，输入/输出(I/O)卡包含监控温度、风扇速度和系统电压等参数的电路。这些电路通常通过2线串行总线进行通信，例如SMBus或I(2)C。

在这些系统中可能会出现一些实际问题，特别是当它们变大时。首先，数据总线上升时间规格变得难以满足，因为每个I/O卡的SDA(串行数据)和SCL(串行时钟)电容直接与背板的电容相加，而上拉阻抗保持不变。其次，每当安装新的I/O卡时，循环电源在许多不可中断系统中都不是一种选择。第三，设备的地址通常由它所执行的功能决定。例如，如果现有系统已经包含一个温度传感器，那么在系统中插入一个带有温度传感器的新I/O卡可能会导致多个设备具有相同的地址。最后，随着总线上设备数量的增加，设备混淆并使总线线路处于低位的可能性也会增加。

新的LTC4302可寻址2线总线缓冲区解决了所有这些问题。LTC4302提供任何两个物理上独立的2线总线之间的桥接。sain和SCLIN连接到一条2线总线，例如背板;和SDAOUT和SCLOUT连接到第二个2线总线，例如，一个I/O卡。总线上的主控可以通过软件命令LTC4302连接和断开背板和卡总线。通过在系统中使用多个ltc4302并适当地连接和断开它们，用户可以为系统中的多个设备分配相同的地址。如果一个大型总线变得卡低，LTC4302的CONN引脚可以用来隔离总线的部分，帮助主机快速定位问题的根源。

当它连接背板和卡总线时，LTC4302提供双向缓冲，保持背板和卡的电容相互隔离。因此，用户可以将几个ltc4302设计成一个大系统，将其大电容分解成几个小块，同时仍然将SDA和SCL信号同时传递给所有设备。最后，由于LTC4302的SDA和SCL引脚默认为高阻抗状态，即使没有施加V(CC)电压，LTC4302也可以插入到带电的2线总线上而不会损坏它。LTC4302-1上有两个通用输入输出(gpio)。LTC4302-2用第二个电源电压V(CC2)取代一个GPIO，在不同电源电压的系统之间提供电平转换。

电路操作

启动

LTC4302-1的框图如图1所示。在上电期间，LTC4302以欠压锁定(UVLO)状态启动，忽略SDA和SCL引脚上的任何活动，直到V(CC)电压上升到2.5V以上(典型)。这确保了LTC4302在具有足够的偏置电压之前不会尝试工作。在此期间，1V预充电电路是有效的，并通过100k欧姆标称电阻向SDA和SCL引脚施加1V。1V预充电可将LTC4302的SDA和SCL引脚在热插拔应用中引起的干扰降至最低。当LTC4302插入带电背板时，背板SDA和SCL总线电压可能在0V到总线上拉电源电压之间的任何地方。将SDA和SCL引脚预充至1V可最大限度地减少连接时背板与引脚之间的最坏情况电压差，从而最大限度地减少背板上的干扰量。

一旦LTC4302从欠压锁定中出来，预充电电路被关闭，2线数字接口电路(如图1所示)被激活。然后，sain和SCLIN上的主控制器可以处理LTC4302并利用其各种功能，包括背板到卡连接电路(也称为“连接电路”)，上升时间加速器和GPIO电路。这些特性默认为高阻抗状态:连接电路和上升时间加速器处于非活动状态，gpio处于开漏输出模式，其下拉器件关闭。当LTC4302处于UVLO或CONN电压较低时，它处于默认状态。

连接电路

当连接电路被激活时，sdaain和SDAOUT引脚的功能是相同的。一个低强迫在任何时候任何引脚导致两个引脚低。只有当sain和SDAOUT上的所有设备都关闭下拉开关时，sdaain和SDAOUT才会进入逻辑高电平状态。对于slin和SCLOUT也是如此。无论系统中的设备如何连接到LTC4302，这个重要功能都可以确保时钟扩展、时钟仲裁和确认协议始终工作。

连接电路的另一个关键特征是，当它将两个总线连接在一起时，它仍然保持它们之间的电气隔离，从而为两边提供电容缓冲。这意味着背板上的器件必须仅驱动背板电容加上LTC4302的低电容(约10pF)。LTC4302驱动I/O卡其余部分的电容。同样，卡上的设备必须只驱动卡的电容加上LTC4302的低电容。LTC4302驱动背板上的电容。LTC4302能够在其所有数据和时钟引脚上驱动从0pF到1000pF的容性负载。

上升时间加速器

母线上的主控板可以激活背板侧(sain和slin)、卡侧(SDAOUT和SCLOUT)的上升时间加速器，也可以两者都不激活。当启动时，加速器在母线上升沿切换2mA的上拉电流(V(CC) = 2.7V)和9mA的上拉电流(V(CC) = 5.5V)，一旦SDA和SCL线的直流电压超过0.6V且引脚上的初始上升速率超过0.8V/µs，就可以快速切换SDA和SCL线。图2显示了V(CC) = 3.3V和母线等效电容为50pF和150pF时的上升时间减少。

通用输入/输出(gpio)

LTC4302-1提供两个gpio，可以配置为输入、开漏输出或推挽输出。在推挽模式下，在V(CC) = 2.7V时，典型上拉阻抗为670欧姆，典型下拉阻抗为35欧姆，使得GPIO下拉能够驱动led。在开漏输出模式下，通过从GPIO引脚连接上拉电阻到外部电源电压来提供逻辑高电平。该电源电压范围为2.2V至5.5V，与V(CC)电压无关。LTC4302-2用第二个电源电压引脚V(CC2)取代一个GPIO，因此提供单个GPIO。

单地址引脚提供32个地址

LTC4302通过提供来自单个ADDRESS引脚的32个唯一地址来节省宝贵的电路板空间。V(CC)和地之间的电阻分压器在ADDRESS引脚上设置电压。内部A/D转换器将ADDRESS电压转换成5位数字字，设置地址的5个lsb。这两个msb都是硬连接到“11”的。

CONN复位引脚

将CONN引脚接地将LTC4302复位到其高阻抗默认状态:输出侧与输入侧断开，两侧的上升时间加速器禁用，gpio设置为开漏输出模式，NMOS开漏下拉关闭。接地CONN引脚也禁用2线数字接口电路，防止总线上的主机与LTC4302通信。当CONN电压恢复为高电压时，LTC4302保持其默认状态。

当SDA或SCL线卡低时，主控可以使用系统中ltc4302的CONN引脚来查找问题的根源。当监视被卡住的总线时，主人在一个时间低地驱动一个CONN引脚。当线路返回高电平时，主控就知道被卡的设备位于最后一个LTC4302的另一侧，其CONN引脚被驱动为低电平。

实时插入和移除，以及电容缓冲应用

图3所示的应用程序突出显示了LTC4302的实时插入和移除以及电容缓冲特性。假设有一个交错的连接器，使地线和V(CC)成为最长的引脚，以保证sain和slin在连接之前接收到1V的预充电电压。制作sain和SCLIN中长引脚，确保在CONN低时连接牢固。使CONN为最短引脚，并在I/O卡上从CONN连接一个弱电阻到地。这确保了LTC4302保持在高阻抗状态，而sain和slin在实时插入期间进行连接。在实时拆卸过程中，首先断开CONN连接可确保LTC4302在sain和SCLIN断开之前以受控的方式进入高阻抗状态。

请注意，如果将I/O卡直接插入背板，卡电容将直接增加到背板电容，使上升和下降时间要求难以满足。但是，在卡的边缘插入LTC4302可以将卡的电容与背板隔离。LTC4302驱动卡上所有器件的电容，背板必须仅驱动小于10pF的LTC4302的电容。随着I/O卡的增加和系统的增长，在每个卡的边缘放置一个LTC4302可以将一个大的、无法管理的总线分解为几个可管理的段，同时仍然允许所有段同时处于活动状态。此外，LTC4302的上升时间加速器在母线上升沿期间提供强大的上拉电流，因此即使负载沉重的母线也可以轻松满足系统的上升时间要求。

使用嵌套寻址的地址扩展

图4说明了如何使用LTC4302通过使用嵌套寻址来扩展系统中的设备数量。注意，每个I/O卡都包含一个地址为1111111的传感器设备。如果两个卡直接插入背板，两个传感器将需要两个不同的地址。但是，每个LTC4302都将其卡上的设备与系统的其余部分隔离开来，直到命令它连接为止。如果主机一次只使用ltc4302连接一个I/O卡，那么每个I/O卡都可以有一个地址为1111111的设备，并且不会发生问题。

5.5V至3V电平转换器和电源冗余(LTC4302-2)

需要为背板侧和卡侧提供不同电源电压的系统可以使用如图5所示的LTC4302-2。卡侧的上拉电阻从SDAOUT和SCLOUT接至V(CC2)，背板侧的上拉电阻从sain和slin接至V(CC)。LTC4302-2在V(CC)和V(CC2)电压范围为2.7V至5.5V。V(CC)和V(CC2)相对于彼此的电压值没有限制。

该应用程序还提供电源冗余。如果V(CC)或V(CC2)电源电压低于其UVLO阈值，LTC4302-2将断开背板与卡的连接，以便仍然通电的一侧可以继续工作。

总结

LTC4302-1/LTC4302-2可寻址双线总线缓冲器缓解了与复杂双线总线系统相关的实际问题。它们允许I/O卡热插拔到工作系统中，并将一个大的电容总线分成几个小的，同时仍然将SDA和SCL信号传递到系统中的每个设备。它们还可以在不同的时间连接和断开不同的总线段，提供嵌套寻址功能，并在卡低情况下简化调试过程。