Texas Instruments TCA9536 4位I/O擴展器用于I^2^C總線，可在1.65V至 5.5V的VCC 下運行。它可通過I^2^C接口為大多數(shù)微控制器系列提供通用遠(yuǎn)程I/O擴展。

數(shù)據(jù)手冊：*附件：Texas Instruments TCA9536 4位IO擴展器數(shù)據(jù)手冊.pdf

系統(tǒng)控制器可以通過寫入I/O配置寄存器位將I/O啟用為輸入或輸出。每一路輸入或輸出的數(shù)據(jù)都保存在相應(yīng)的輸入/輸出寄存器中。輸入端口寄存器的極性可由極性反轉(zhuǎn)寄存器轉(zhuǎn)換。有一個額外的特殊功能寄存器，可用于禁用內(nèi)部上拉電阻器并將P3覆蓋為INT輸出。

TCA9536開漏中斷輸出（當(dāng)在特殊功能寄存器中將P3配置為INT時）在任何輸入與其對應(yīng)的輸入端口寄存器狀態(tài)不同時被激活，用于向系統(tǒng)控制器指明輸入狀態(tài)已改變。

發(fā)生超時或其他不當(dāng)操作時，系統(tǒng)處理器可通過使用I^2^C軟復(fù)位命令（該命令將寄存器置于其默認(rèn)狀態(tài)）將TCA9536復(fù)位。

特性

• I^2^C至GPIO擴展器
• 工作電源電壓范圍為1.65V至5.5V
• 可耐受5V電壓的I/O端口
• 可通過I^2^C通用呼叫實現(xiàn)的軟件復(fù)位
• P端口上軟件啟用的集成上拉電阻器
• 可以將P3改為INT輸出
• 1MHz快速+模式I^2^C總線
• 輸入和輸出配置注冊
• 極性反轉(zhuǎn)寄存器
• 內(nèi)部上電復(fù)位
• 加電時所有通道均被配置為輸入
• SCL和SDA輸入端裝有噪聲濾波器
• 具有最大高電流驅(qū)動能力的鎖存輸出，適用于直接驅(qū)動LED
• ESD保護性能超過JESD 22規(guī)范要求
  • 2000V人體放電模型 (A114-A)
  • 1000V帶電器件模型 (C101)

功能框圖

TCA9536 4位I2C/SMBus I/O擴展器技術(shù)解析

一、器件概述

TCA9536是德州儀器(TI)推出的一款4位I2C和SMBus接口的I/O擴展器，工作電壓范圍為1.65V至5.5V。該器件通過I2C接口為大多數(shù)微控制器系列提供通用遠(yuǎn)程I/O擴展功能，非常適合需要額外GPIO但微控制器引腳資源有限的應(yīng)用場景。

主要特性包括：

• ?寬電壓工作范圍?：1.65V至5.5V，兼容多種邏輯電平
• ?5V容忍I/O端口?：可直接連接5V器件而無需電平轉(zhuǎn)換
• ?軟件復(fù)位功能?：通過I2C通用調(diào)用實現(xiàn)軟件復(fù)位
• ?可編程上拉電阻?：可通過軟件控制集成上拉電阻的使能
• ?中斷功能?：P3可配置為中斷輸出(INT)
• ?高速通信?：支持1MHz Fast-mode Plus I2C總線
• ?高驅(qū)動能力?：輸出可直接驅(qū)動LED

二、關(guān)鍵功能解析

1. 架構(gòu)與引腳配置

TCA9536采用8引腳封裝，提供兩種封裝選項：

• X2SON (8)：1.35mm × 0.80mm
• VSSOP (8)：3.00mm × 3.00mm

引腳功能如下表所示：

2. 寄存器配置

TCA9536通過I2C接口訪問多個內(nèi)部寄存器實現(xiàn)功能配置：

• ?配置寄存器?：設(shè)置每個I/O端口的輸入/輸出方向(1=輸入，0=輸出)
• ?輸入端口寄存器?：反映輸入引腳的狀態(tài)
• ?輸出端口寄存器?：控制輸出引腳的狀態(tài)
• ?極性反轉(zhuǎn)寄存器?：可反轉(zhuǎn)輸入端口寄存器的極性
• ?特殊功能寄存器?：控制上拉電阻使能和P3/INT功能選擇

上電時，所有I/O默認(rèn)配置為輸入，并啟用內(nèi)部上拉電阻(約100kΩ)。

3. 中斷功能

P3引腳可配置為中斷輸出(INT)，具有以下特點：

• 開漏結(jié)構(gòu)，需外接上拉電阻(典型值10kΩ)
• 當(dāng)任何輸入引腳狀態(tài)與其對應(yīng)的輸入端口寄存器狀態(tài)不同時激活
• 中斷有效時間(tiv)典型值為4μs
• 通過讀取輸入端口寄存器或?qū)懭肫ヅ湓紶顟B(tài)來復(fù)位中斷

4. 電氣特性

• ?工作溫度范圍?：-40°C至+125°C
• ?ESD保護?：
  • P0-P3, VCC引腳：±4000V HBM
  • SDA, SCL引腳：±2000V HBM
  • 所有引腳：±1000V CDM
• ?電源電流?：
  • 工作模式(1MHz)：最大425μA(5.5V)
  • 待機模式：最大3.9μA(5.5V)

三、典型應(yīng)用

1. 應(yīng)用場景

TCA9536廣泛應(yīng)用于：

• 個人電子設(shè)備(可穿戴設(shè)備、手機、游戲機)
• 服務(wù)器和路由器
• 需要額外GPIO的任何微控制器系統(tǒng)
• LED驅(qū)動控制
• 按鈕/開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測

2. 設(shè)計注意事項

1. ?上拉電阻選擇?：
   • SDA和SCL線必須通過上拉電阻連接至VCC
   • 電阻值根據(jù)I2C線路電容確定，通常4.7kΩ適用于400kHz通信
2. ?電源設(shè)計?：
   • 建議在VCC引腳附近放置0.1μF去耦電容
   • 電源布線應(yīng)盡可能短以降低噪聲
3. ?PCB布局?：
   • 保持I2C走線盡可能短
   • 避免與其他高頻信號線平行走線
   • 對于高頻應(yīng)用，考慮使用地平面隔離敏感信號

四、軟件實現(xiàn)

1. 初始化流程

1. 發(fā)送啟動條件(START)
2. 發(fā)送器件地址(0x41，R/W=0)
3. 發(fā)送配置寄存器地址(0x03)
4. 發(fā)送配置字節(jié)(設(shè)置I/O方向)
5. 發(fā)送停止條件(STOP)

2. 讀取輸入狀態(tài)

1. 發(fā)送啟動條件(START)
2. 發(fā)送器件地址(0x41，R/W=0)
3. 發(fā)送輸入端口寄存器地址(0x00)
4. 發(fā)送重復(fù)啟動條件(Repeated START)
5. 發(fā)送器件地址(0x41，R/W=1)
6. 讀取數(shù)據(jù)字節(jié)
7. 發(fā)送停止條件(STOP)

3. 中斷處理

當(dāng)P3配置為INT且中斷發(fā)生時：

1. 微控制器檢測到INT引腳變低
2. 通過I2C讀取輸入端口寄存器狀態(tài)
3. 判斷具體是哪個輸入狀態(tài)變化
4. 采取相應(yīng)處理措施
5. 中斷自動復(fù)位(通過讀取操作)

五、性能優(yōu)化建議

1. ?降低功耗?：
   • 不使用的I/O配置為輸出
   • 禁用不必要的上拉電阻(通過特殊功能寄存器)
   • 降低I2C通信頻率(當(dāng)速度不是關(guān)鍵因素時)
2. ?提高抗干擾能力?：
   • 對長線連接的輸入端口添加RC濾波
   • 在噪聲環(huán)境中，考慮使用較低I2C速度
   • 確保良好接地
3. ?批量操作優(yōu)化?：
   • 對多個寄存器的操作可使用連續(xù)寫/讀模式
   • 減少I2C啟動/停止條件的次數(shù)