1、I2C總線介紹

I2C總線是PHLIPS公司推出的一種串行總線，是具備多主機系統(tǒng)所需的包括總線裁決和高低速器件同步功能的高性能串行總線。I2C總線用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。

物理結(jié)構(gòu)上，I2C總線只有兩根雙向信號線，一根是數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時鐘線SCL。

SCL（串行時鐘線）：上升沿將數(shù)據(jù)輸入到每個EEPROM器件中；下降沿驅(qū)動EEPROM器件輸出數(shù)據(jù)。

SDA（串行數(shù)據(jù)線）：雙向數(shù)據(jù)線，為OD門，與其它任意數(shù)量的OD與OC門成“線與”關(guān)系。

圖2  I2C總線內(nèi)部結(jié)構(gòu)

I2C總線通過上拉電阻接正電源。當總線空閑時，兩根線均為高電平。連到總線上的任一器件輸出的低電平，都將使總線信號變低，即各器件的SDA及SCL都是線“與”關(guān)系。

I2C有三種速率，如下：

普通模式（100kHz）；

快速模式（400kHz）；

高速模式（3.4MHz）。

I2C總線數(shù)據(jù)有效性

I2C總線進行數(shù)據(jù)傳送時，時鐘信號SCL為高電平期間，數(shù)據(jù)線SDA上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，只有在時鐘線SCL上的信號為低電平期間，數(shù)據(jù)線SDA上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化，如圖3所示。

圖3數(shù)據(jù)有效性

2、I2C時序分析軟件

ZDS4000 Plus系列示波器是行業(yè)內(nèi)首個標配I2C時序分析軟件的示波器，該分析軟件適用于所有應用I2C總線產(chǎn)品的硬件測試，特別是批量產(chǎn)品的硬件測試。傳統(tǒng)的測試方法，需要人工定位每一項參數(shù)并單獨卡光標測量，平均測試一組數(shù)據(jù)的時間約為30~60分鐘，不僅效率低，而且容易引入讀數(shù)誤差甚至錯誤。

使用I2C時序分析軟件，它能夠在極短的時間內(nèi)完成總線信號的DC特性和AC特性分析，并與器件手冊標稱參數(shù)做對比，直接輸出測試結(jié)果（Pass/Fail），同時支持報表導出，省去人工錄入數(shù)據(jù)的煩惱，極大的提升測試效率。具體測試界面如下圖4所示。

3、I2C時序分析測試參數(shù)

I2C時序除了要分析其解碼情況，還需驗證是其否滿足I2C的AC特性標準，I2C時序分析功能測試參數(shù)及手冊標稱如表1所示，包括時鐘頻率、起始信號/數(shù)據(jù)信號建立時間、起始信號/數(shù)據(jù)信號保持時間、時鐘低/高電平時間和總線空閑時間等十幾項測試參數(shù)。

下圖5中黃色部分為測試項目所對應的測試具體位置。

4、I2C時序分析實例應用

此次測試選用標配有I2C時序分析軟件的ZDS4054 Plus示波器進行測試。如圖6所示為I2C時序分析參數(shù)設(shè)置界面，包含總線設(shè)置和參數(shù)設(shè)置，根據(jù)測試的標準用戶可自行調(diào)節(jié)參數(shù)的數(shù)值。

• 總線電平：即輸入電壓Vcc，一般的I2C輸入電壓為3.30V，若為其他輸入電壓值也可通過旋鈕A對其進行調(diào)節(jié)。總線電平Vcc的調(diào)節(jié)將會影響VIL和VIH 的值，Vcc與VIL 、VIH存在如表2所示的關(guān)系。
• 輸入的高電平/低電平電壓（VIH 、VIL）：兩者輸入的值由Vcc決定，滿足表2所示的關(guān)系，也可以通過旋鈕A對其進行調(diào)節(jié)，它們值的變化將不會影響Vcc值的變化。

設(shè)置完參數(shù)后點擊【返回】可查看到測試分析的結(jié)果，如下圖7所示。

5、I2C時序測試數(shù)據(jù)細節(jié)分析

如圖8所示：

通過觀察測試表中的測量參數(shù)，若所測量的參數(shù)符合測試標準則通過測試，顯示為“Pass”；

若不符合設(shè)定的標準則不通過測試，顯示為“Fail”；

若測試表中顯示“No Test”則表示找不到測試信號，此時可調(diào)整示波器水平時基，使示波器的屏幕上盡可能出現(xiàn)幾幀甚至十幾幀的波形，有利于對多點進行測試分析和比較。

在測試表的最下方將顯示最終的整體測試效果，若完全通過測試則顯示“Pass”，若有一項不通過測試，則為“Fail”。     

圖 8  I2C時序測試結(jié)果

在測試列表中旋轉(zhuǎn)旋鈕B可查看測試表中的參數(shù)測試結(jié)果，需要查看某一項參數(shù)測試細節(jié)可通過旋鈕B選中后短按旋鈕B，此時屏幕中的縮放窗口將跳轉(zhuǎn)至所選數(shù)據(jù)的測試部位，如圖9所示。

測試完成后可對所測試的波形和數(shù)據(jù)進行導出，導出的“網(wǎng)頁報表”文件可使用網(wǎng)頁打開，導出的“CSV”文件可使用Excel打開。