I2C總線與SMBus的比較指南

I2C總線和SMBus?是流行的2線總線，基本上相互兼容。通常，設(shè)備（主機(jī)和從設(shè)備）可以在兩條總線之間自由互換。兩條總線都具有可尋址從站（盡管兩者之間的特定地址分配可能有所不同）。總線以相同的速度工作，最高可達(dá)100kHz，但I(xiàn)2C總線具有400kHz和2MHz版本。兩條總線之間的完全兼容性僅在100kHz以下得到保證。本應(yīng)用筆記重點(diǎn)介紹I2C和SMB之間的顯著差異。

I2C總線和SMBus是流行的2線總線，基本上相互兼容。通常，設(shè)備（主機(jī)和從設(shè)備）可以在兩條總線之間自由互換。兩條總線都具有可尋址從站（盡管兩條總線之間的特定地址分配可能有所不同）?？偩€以相同的速度工作，最高可達(dá)100kHz，但I(xiàn)2C總線具有400kHz和2MHz版本。顯然，使用所有器件的兩條總線之間的完全兼容性僅在100kHz以下才能得到保證。

本應(yīng)用筆記重點(diǎn)介紹兩條總線之間的顯著差異。雖然假設(shè)讀者對(duì)I2C總線和/或SMBus有一定的了解，但讓我們首先回顧一些協(xié)議基礎(chǔ)知識(shí)：

啟動(dòng)和停止事件。這些尤其重要，因?yàn)?它們是向接口發(fā)出信號(hào)的方式，表明它需要轉(zhuǎn)到 已初始化或重置狀態(tài)。

數(shù)據(jù)和時(shí)鐘必須很高才能生成啟動(dòng)和停止。一位大師 無(wú)法生成啟動(dòng)或停止，除非數(shù)據(jù)（I2C的SDA和 SMBData for SMBus）和時(shí)鐘（SCL 用于 I2C，SMBClk 用于 SMBus）線路 是自由的（不是拉低的）。這是成為開(kāi)放收藏家的結(jié)果 總線。

啟動(dòng)和停止條件是唯一的時(shí)間 在時(shí)鐘為高電平時(shí)成為數(shù)據(jù)線上的過(guò)渡。

僅當(dāng)通信期間時(shí)鐘為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)才能更改狀態(tài)。 數(shù)據(jù)上的數(shù)據(jù)必須始終在時(shí)鐘高電平之前準(zhǔn)備就緒 并且僅在時(shí)鐘變低后更改（除了 啟動(dòng)和停止）。

圖1.典型的通信，顯示啟動(dòng)和停止條件。

超時(shí)和時(shí)鐘速度

超時(shí)和（由于超時(shí)）最小時(shí)鐘速度是I2C總線和SMBus之間最重要的區(qū)別。

I2C 總線 = 直流 （無(wú)超時(shí)）
SMBus = 10kHz （35mS 超時(shí)）

超時(shí)是指每當(dāng)時(shí)鐘變?yōu)榈碗娖降臅r(shí)間超過(guò)超時(shí)時(shí)間（通常為 35 毫秒）時(shí)，從設(shè)備就會(huì)重置其接口。超時(shí)的使用也決定了時(shí)鐘的最低速度，因?yàn)樗肋h(yuǎn)不會(huì)靜止。因此，SMBus 具有最低時(shí)鐘速度規(guī)格。相比之下，I2C總線可以無(wú)限期地變?yōu)殪o態(tài)。在I2C總線中，主站或從站都可以根據(jù)需要保持時(shí)鐘低電平以處理數(shù)據(jù)。

所有這些都是兩條總線如何處理從站錯(cuò)誤并從這些錯(cuò)誤中恢復(fù)的結(jié)果。要了解錯(cuò)誤恢復(fù)，請(qǐng)考慮有兩種狀態(tài)，即啟動(dòng)和停止，在正確設(shè)計(jì)的I2C或SMBus從機(jī)上，這兩種狀態(tài)指示從接口進(jìn)入特定狀態(tài)。在 Start 的情況下，接口應(yīng)自行初始化并準(zhǔn)備好接收通信。無(wú)論啟動(dòng)條件之前是什么，都應(yīng)該發(fā)生這種情況（例如，如果從站處于通信過(guò)程中，主設(shè)備感到困惑并不得不重新開(kāi)始）。在 Stop 的情況下，接口應(yīng)再次初始化自身，但應(yīng)在任何新通信之前期待啟動(dòng)。“開(kāi)始”和“停止”都是時(shí)鐘為高電平時(shí)發(fā)生的唯一數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。為了使數(shù)據(jù)上的轉(zhuǎn)換發(fā)生，數(shù)據(jù)線（和時(shí)鐘線）必須是“自由的”，以允許主站根據(jù)需要在線上放置高點(diǎn)和低點(diǎn)。

在I2C總線中，如果從機(jī)鎖定并保持時(shí)鐘或數(shù)據(jù)低電平，則無(wú)法進(jìn)行錯(cuò)誤恢復(fù)。實(shí)際上很少有從設(shè)備能夠保持時(shí)鐘。因此，最常見(jiàn)的總線錯(cuò)誤是從設(shè)備最終處于數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)線）低電平的狀態(tài)。在I2C總線中，主機(jī)通過(guò)時(shí)鐘時(shí)鐘直到數(shù)據(jù)為高電平，然后發(fā)出啟動(dòng)后停止信號(hào)來(lái)完成錯(cuò)誤恢復(fù)。

與I2C總線相比，只要時(shí)鐘處于低電平，時(shí)間超過(guò)SMBus規(guī)范中規(guī)定的35ms超時(shí)，SMBus從站就會(huì)復(fù)位其接口。因此，英特爾 PIIX4 等 SMBus 主站沒(méi)有內(nèi)置任何錯(cuò)誤恢復(fù)例程。實(shí)際上，從設(shè)備需要檢查時(shí)鐘和數(shù)據(jù)，即使SMBus規(guī)范沒(méi)有規(guī)定這一點(diǎn)。應(yīng)該這樣做，因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)表明，處于錯(cuò)誤狀態(tài)的從站可以保持低數(shù)據(jù)，即使時(shí)鐘可能很高。完全按照 SMBus 規(guī)范實(shí)現(xiàn)超時(shí)并不能解決此錯(cuò)誤模式。

SMBus的時(shí)鐘速度限制為100kHz，而I2C允許高達(dá)400kHz的速度。

邏輯電平

盡管兩條總線之間的邏輯電平規(guī)格存在差異，但通常器件可以混合使用，并可以放棄匹配。事實(shí)證明，SMBus或I2C總線很少因電平差異而發(fā)生故障。當(dāng)我們比較相應(yīng)的電平規(guī)格時(shí)，這可能會(huì)令人驚訝，如圖1所示。

圖2.這是I2C總線和SMBus之間電平規(guī)格的比較。I2C-VDD顯示了 3 V 至 5 V 電源的相關(guān)高值和低值范圍。

為了進(jìn)一步比較，表 2 一起列出了規(guī)格。

盡管電平規(guī)格之間似乎存在相當(dāng)大的差異，但在這方面，器件互換性并未被證明是一個(gè)問(wèn)題。這是因?yàn)橹鳈C(jī)和從站的輸出電壓擺幅幾乎總是接近全電源電壓。

上拉電阻和電流電平

在討論電壓電平時(shí)，不明顯的是，這些電平也由總線之間的不同電流指定。SMBus的最小灌電流為100μA，最大灌電流為350μA，而I2C總線的最小灌電流為3mA。這反過(guò)來(lái)又將確定上拉電阻的最低可接受值，其示例如下表所示。

實(shí)際上，在SMBus系統(tǒng)中遇到上拉電阻值并不罕見(jiàn)，因?yàn)樯侠娮柚档陀谕扑]值，因此違反了此規(guī)范。即使在某些SMBus系統(tǒng)中，上拉電阻值的一個(gè)非常普遍的范圍似乎是2.4k至3.9k。

一般呼叫和警報(bào)響應(yīng)

I2C總線有一個(gè)稱為通用呼叫的地址，即0000 000，所有設(shè)計(jì)用于響應(yīng)通用呼叫的從站都將相應(yīng)地采取行動(dòng)。這是一種可以同時(shí)與系統(tǒng)上的多個(gè)設(shè)備通信的方法。

SMBus還規(guī)定了一條名為ALERT#的線路，不要與I2C通用呼叫地址混淆。此行充當(dāng) SMBus 主服務(wù)器的中斷。收到中斷后，SMBus 主服務(wù)器可以發(fā)出警報(bào)響應(yīng)。此警報(bào)響應(yīng)被發(fā)送到地址 0001 100，任何生成中斷的從設(shè)備都試圖通過(guò)將自己的地址放在總線上來(lái)識(shí)別自己。地址最低的設(shè)備將占主導(dǎo)地位（由于集電極開(kāi)路總線）。如果它被維修和清除，主服務(wù)器可以重復(fù)該過(guò)程并通過(guò)可能發(fā)生的任何其他中斷進(jìn)行處理。

其他小細(xì)節(jié)

有一些與上升和下降時(shí)間和總線電容有關(guān)的微妙問(wèn)題通常不是問(wèn)題。此外，在使用“確認(rèn)”和“不確認(rèn)”條件方面，還存在一些很少遇到的協(xié)議差異。對(duì)于大多數(shù)主流的主人和從屬選擇，這些因素通常都不是問(wèn)題。

顯著差異總結(jié)

超時(shí)和最小時(shí)鐘速度

電壓等級(jí)

上拉電阻值和電流水平

審核編輯：郭婷