【導讀】由于I2C信號質量容易受寄生電容影響，時序一致性測試對保障通信穩(wěn)定至關重要。本文將通過實例應用教您一秒鐘完成時序測試，快速分析I2C信號脈寬、幅值、邊沿、建立時間、保持時間等多種組合參數。
I2C總線介紹
I2C總線是Philips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備。
圖1 I2C器件選擇
物理結構上，I2C總線只有兩根雙向信號線，一根是數據線SDA，另一根是時鐘線SCL。
● SCL（串行時鐘線）：上升沿將數據輸入到每個EEPROM器件中；下降沿驅動EEPROM器件輸出數據。
● SDA（串行數據線）：雙向數據線，為OD門，與其它任意數量的OD與OC門成“線與”關系。
圖2 I2C總線內部結構
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總線數據有效性
I2C總線進行數據傳送時，時鐘信號SCL為高電平期間，數據線SDA上的數據必須保持穩(wěn)定，只有在時鐘線SCL上的信號為低電平期間，數據線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 數據有效性
I2C時序分析軟件
I2C通信時序傳統(tǒng)的測試方法，需要人工定位每一項參數并單獨卡光標測量，平均測試一組數據的時間約為30~60分鐘，不僅效率低，而且容易引入讀數誤差甚至錯誤。ZDS5000系列示波器創(chuàng)新的I2C時序分析功能，可極大地提高測算效率，保持數據一致性。
使用I2C時序分析軟件，它能夠在極短的時間內完成總線信號的DC特性和AC特性分析，并與器件手冊標稱參數做對比，直接輸出測試結果（Pass/Fail），同時支持報表導出，省去人工錄入數據的煩惱，極大地提升測試效率。具體測試界面如下圖4所示。
圖4 I2C時序分析界面
I2C時序分析測試參數
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及手冊標稱如表1所示，包括時鐘頻率、起始信號/數據信號建立時間、起始信號/數據信號保持時間、時鐘低/高電平時間和總線空閑時間等十幾項測試參數。
下圖5中黃色部分為測試項目所對應的測試具體位置。
圖5 I2C測試項目
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時序分析參數設置界面，包含總線設置和參數設置，根據測試的標準用戶可自行調節(jié)參數的數值。
圖6 參數設置界面
● 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對其進行調節(jié)?？偩€電平Vcc的調節(jié)將會影響VIL和VIH的值，Vcc與VIL、VIH存在如表2所示的關系。
● 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所示的關系，也可以通過旋鈕A對其進行調節(jié)，它們值的變化將不會影響Vcc值的變化。
設置完參數后點擊【返回】可查看到測試分析的結果，如下圖7所示。
圖7 I2C時序分析
I2C時序測試數據細節(jié)分析
如圖8所示：
● 通過觀察測試表中的測量參數，若所測量的參數符合測試標準則通過測試，顯示為“Pass”；
● 若不符合設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，此時可調整示波器水平時基，使示波器的屏幕上盡可能出現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時序測試結果
在測試列表中旋轉旋鈕B可查看測試表中的參數測試結果，需要查看某一項參數測試細節(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至所選數據的測試部位，如圖9所示。
圖9 數據分析
測試完成后可對所測試的波形和數據進行導出，導出的“網頁報表”文件可使用網頁打開，導出的“CSV”文件可使用Excel打開。
總結
板子上的I2C總線的電氣特性是否符合要求？這個問題可以交給I2C時序分析軟件來準確地回答。ZDS5000行業(yè)分析型示波器，讓您輕松搞定I2C總線測試和參數驗證，加快調試的速度，提高效率。
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