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I2C靜電放電防護方案
I2C總線，作為一種簡單又高效的雙線同步串行通信方式，僅依賴兩根線即可在總線上各器件間實現信息交換。其特點是運行功耗低和抗噪聲能力強，主要用于短距離通信，速度范圍為100 kbps至5 Mbps。該總線在嵌入式系統(tǒng)設計領域使用廣泛，主要應用于低速外設與處理器、微控制器之間的互連，如溫度傳感器、LCD顯示屏驅動器、數模轉換器等。
由于I2C總線需外接線路以傳輸數據，易受ESD靜電放電等不利因素侵擾，對終端產品的穩(wěn)定性和可靠性構成潛在風險。為了確保這些數據端口能夠在最終安裝環(huán)境中正常工作，普通的防護方案或許會對數據的傳輸造成一定影響，本文采用分立和集成兩種低容ESD靜電保護器件方案，在不影響數據傳輸的前提下滿足IEC61000-4-2 Level 4靜電放電防護需求，讓后端的電路得到有效防護。
I2C工作原理
1.總線結構
SDA：雙向串行數據線，用于數據傳輸。
SCL：雙向串行時鐘線，通常由主設備控制，用于同步數據傳輸。
- 通信過程
- 起始條件：當SCL為高電平時，SDA從高電平跳變到低電平，表示一個通信過程的開始。
- 發(fā)送地址：主設備隨后在SDA上發(fā)送從設備的地址（包括讀寫位），并等待從設備的應答。
- 應答信號：被尋址的從設備在SCL的下一個時鐘周期內將SDA拉低以表示應答。
- 數據傳輸：一旦建立連接，主設備和從設備就可以開始傳輸數據。數據位在每個SCL的上升沿被采樣。
- 停止條件：當數據傳輸完成時，主設備通過將SDA拉高（在SCL為高電平時），然后釋放SCL（允許其上升為高電平），來生成一個停止條件，表示通信的結束。
應用示例
由于I2C是通過SDA和SCL兩條線的電平變化和數據采樣來進行數據傳輸的，所以需要在這兩條線上加ESD防護器件保護I2C總線免受靜電放電(ESD)和低等級浪涌事件的沖擊與干擾。以下是我們提供的兩種方案，客戶可根據實際情況選擇器件。
方案一：
該方案采用的是一款分立的ESD保護器件SELC2F5V1BT，可防止各引腳受靜電放電的干擾，該器件封裝尺寸小，漏電流低，響應速度快，且符合IEC 61000-4-2 (ESD) Level 4 規(guī)范，在 ±25kV（空氣）和 ±22kV（接觸）下提供瞬變保護。
方案二：
該方案采用的是一款三引腳ESD防護器件SELC23T5V2U，可保護兩條單向電路，鉗位電壓低、漏電流低，保護I2C總線免遭ESD靜電放電破壞的同時，確保傳輸數據的穩(wěn)定性和完整性。符合IEC 61000-4-2 (ESD) Level 4 規(guī)范，在 ±15kV（空氣）和 ±10kV（接觸）下提供瞬變保護。
| 規(guī)格型號 | 方向 | 工作電壓(V) | IPP(A) | 鉗位電壓(V) | 結電容(pF) | 封裝 |
| SELC2F5V1BT | Bi | 5 | 4.5 | 22 | 0.3 | DFN1006-2L |
| SELC23T5V2U | Ui | 5 | 4 | 11 | 0.6 | SOT-23 |
電氣特性表
At TA = 25℃ unless otherwise noted
| Parameter | Symbol | Conditions | Min. | Typ. | Max. | Units |
| Reverse Stand-off Voltage | VRWM | 5 | V | |||
| Reverse Breakdown Voltage | VBR | IT=1mA | 6.5 | V | ||
| Reverse Leakage Current | IR | VRWM=5V | 1 | uA | ||
| Clamping Voltage | VC | IPP=1A; tp=8/20us | 12 | V | ||
| Clamping Voltage | VC | IPP=4.5A; tp=8/20us | 22 | V | ||
| Junction Capacitance | CJ | VR=0V; f=1MHz | 0.3 | pF |
表1 SELC2F5V1BT電氣特性表
| Parameter | Symbol | Conditions | Min. | Typ. | Max. | Units |
| Reverse Stand-off Voltage | VRWM | 5.0 | V | |||
| Reverse Breakdown Voltage | VBR | IT=1mA | 6.0 | 9.0 | V | |
| Reverse Leakage Current | IR | VRWM=5V | 1.0 | uA | ||
| Clamping Voltage | VC | IPP=1A; tp=8/20us | 8.0 | 10.0 | V | |
| Clamping Voltage | VC | IPP=4A; tp=8/20us | 11.0 | 13.0 | V | |
| Junction Capacitance | CJ | VR=0V; f=1MHz | 0.6 | 0.8 | pF |
表2 SELC23T5V2U電氣特性表
總結與結論
由于I2C總線在連接各種電子設備內部組件上的重要作用，保護I2C總線免受ESD靜電損害極為關鍵。ELECSUPER SEMI研發(fā)各種低電容低鉗位電壓的ESD保護器件，可按照客戶需求性能與封裝提供定制化開發(fā)服務，為各種接口提供值得信賴的保護器件。以上解決方案是保護I2C總線的優(yōu)選之策，確保設備能夠高效、可靠地運行。
