CN207833491U

CN207833491U - I2c总线死锁恢复电路和电子设备

Info

Publication number: CN207833491U
Application number: CN201721705810.2U
Authority: CN
Inventors: 何磊; 潘胜君
Original assignee: New H3C Technologies Co Ltd
Current assignee: New H3C Technologies Co Ltd
Priority date: 2017-12-08
Filing date: 2017-12-08
Publication date: 2018-09-07
Anticipated expiration: 2027-12-08

Abstract

本实用新型提供的I²C总线死锁恢复电路和电子设备，涉及电子电路技术领域。其中，I²C总线死锁恢复电路，包括：总线控制设备，该总线控制设备包括与I²C总线的数据线连接的数据接口以及与所述I²C总线的时钟线连接的时钟接口；开关器件，该开关器件连接在所述总线控制设备的控制接口和所述时钟线之间；其中，当所述I²C总线处于死锁状态时，所述总线控制设备控制所述开关器件交替导通与关断，以向所述时钟线输出脉冲信号，以解除所述I²C总线的死锁状态。通过上述设置，可以改善现有的I²C总线死锁恢复电路中存在电路结构复杂的问题。

Description

I2C总线死锁恢复电路和电子设备

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，具体而言，涉及一种I²C总线死锁恢复电路和电子设备。

背景技术

I²C(inter integrated circuit，内部集成电路)总线是一种通用串行总线，可以用于实现各种电子设备中的主设备(master)和从设备(slave)相互之间的数据通信。其中，在主设备与从设备进行通信时，若主设备发生异常复位，可能会导致I²C总线处于死锁状态，进而导致主设备与从设备之间无法正常通信。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种I²C总线死锁恢复电路和电子设备，以改善现有的I²C总线死锁恢复电路中存在电路结构复杂的问题。

为实现上述目的，本实用新型实施例采用如下技术方案：

一种I²C总线死锁恢复电路，包括：

总线控制设备，该总线控制设备包括与I²C总线的数据线连接的数据接口以及与所述I²C总线的时钟线连接的时钟接口；

开关器件，该开关器件连接在所述总线控制设备的控制接口和所述时钟线之间；

其中，当所述I²C总线处于死锁状态时，所述总线控制设备控制所述开关器件交替导通与关断，以向所述时钟线输出脉冲信号，以解除所述I²C总线的死锁状态。

在本实用新型实施例较佳的选择中，在上述I²C总线死锁恢复电路中，所述开关器件包括与所述控制接口连接的控制端、与所述时钟线连接的高电位端、以及接地的低电位端。

在本实用新型实施例较佳的选择中，在上述I²C总线死锁恢复电路中，所述开关器件为金属氧化物半导体场效应晶体管，该金属氧化物半导体场效应晶体管包括栅极、源极和漏极，其中，所述栅极作为所述控制端，所述源极和漏极的其中一个作为所述高电位端、另一个作为所述低电位端。

在本实用新型实施例较佳的选择中，在上述I²C总线死锁恢复电路中，所述开关器件为N型金属氧化物半导体场效应晶体管，该N型金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极作为所述控制端、漏极作为所述高电位端、源极作为所述低电位端。

在本实用新型实施例较佳的选择中，在上述I²C总线死锁恢复电路中，所述开关器件为三极管，该三极管包括基极、集电极和发射极，其中，所述基极作为所述控制端，所述集电极和发射极的其中一个作为所述高电位端与、另一个作为所述低电位端。

本实用新型实施例还提供了一种电子设备，包括：

I²C总线，该I²C总线包括数据线和时钟线；

主设备，该主设备包括与所述数据线连接的数据接口以及与所述时钟线连接的时钟接口；

开关器件，该开关器件连接在所述主设备的控制接口和所述时钟线之间；

其中，当所述I²C总线处于死锁状态时，所述主设备控制所述开关器件交替导通与关断，以向所述时钟线输出脉冲信号，以解除所述I²C总线的死锁状态。

在本实用新型实施例较佳的选择中，在上述电子设备中，所述电子设备还包括至少一个从设备，每个从设备包括与所述数据线连接的数据接口以及与所述时钟线连接的时钟接口,其中，所述主设备通过所述I²C总线与所述从设备进行数据通信。

在本实用新型实施例较佳的选择中，在上述电子设备中，所述开关器件为金属氧化物半导体场效应晶体管，该金属氧化物半导体场效应晶体管包括栅极、源极和漏极，其中，所述栅极作为所述控制端，所述源极和漏极的其中一个作为所述高电位端、另一个作为所述低电位端。

在本实用新型实施例较佳的选择中，在上述电子设备中，所述开关器件为三极管，该三极管包括基极、集电极和发射极，其中，所述基极作为所述控制端，所述集电极和发射极的其中一个作为所述高电位端与、另一个作为所述低电位端。

在本实用新型实施例较佳的选择中，在上述电子设备中，所述数据线和所述时钟线分别通过上拉电阻与电源连接。

本实用新型提供的I²C总线死锁恢复电路和电子设备，通过总线控制设备或主设备和开关器件的配合，控制开关器件交替导通和关断以向I²C总线的时钟线SCL输出脉冲信号，以解除I²C总线的死锁状态，进而改善现有的I²C总线死锁恢复电路中存在电路结构复杂的问题。

进一步地，优选将开关器件设置为N型金属氧化物半导体场效应晶体管时，利用该晶体管具有低导通电阻的特性，可以使开关器件在工作中产生的功耗保持在一个较低的范围内，从而降低I²C总线死锁恢复电路和电子设备的整体功耗。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为现有技术中用于解除I²C总线死锁状态的电路原理图。

图2为现有技术中用于解除I²C总线死锁状态的另一电路原理图。

图3为本实用新型实施例提供的电子设备的电路原理图。

图4为本实用新型实施例提供的电子设备的另一电路原理图。

图5为本实用新型实施例提供的电子设备的另一电路原理图。

图6为本实用新型实施例提供的I²C总线死锁恢复电路的电路原理图。

图标：100-电子设备；110-I²C总线；SDA-数据线；SCL-时钟线；R1-第一上拉电阻；R2-第二上拉电阻；VCC-电源；130-主设备；150(230)-开关器件；Q1-N型金属氧化物半导体场效应晶体管；Q2-NPN型三极管；170-从设备；200-I²C总线死锁恢复电路；210-总线控制设备。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

图1和图2是现有技术中用于解除I²C总线死锁状态的电路原理图。

在图1所示的解除I²C总线死锁状态的电路中，在I²C总线上增加一个额外的总线监测恢复设备。当总线监测恢复设备检测到SDA信号被拉低超过预设时长时，可以在I²C总线的时钟线上产生时钟脉冲(如9个时钟脉冲)，使I²C总线连接的从设备完成读操作，从死锁状态上恢复出来。总线监测恢复设备需要有具有编程功能，一般可以用单片机或CPLD实现这一功能。

如图2所示的解除I²C总线死锁状态的电路中，在I²C总线上串入一个具有死锁恢复功能的总线缓冲器，如Linear公司的型号为LTC4307的芯片，其可以是一个双向的总线缓冲器，并且具有I²C总线死锁恢复的功能。总线缓冲器的输入侧连接主设备，输出侧连接从设备。当检测到输出侧的SDA信号或SCL信号被拉低预设时长(如30ms)时，就自动断开I²C总线输入侧与输出侧的连接。并且在输出侧的时钟线上产生时钟脉冲(如16个时钟脉冲)来释放总线。当总线成功恢复后，总线缓冲器再次连接输入输出侧，使总线能够正常工作。

经发明人研究发现，在上述解除I²C总线死锁状态的电路中，通过设置总线监测恢复设备或总线缓冲器，以实现死锁状态的检测和解除，需要额外增加控制设备，将导致整体电路结构复杂、制造成本大幅度增加等问题。

为解决以上问题，如图3所示，本实用新型实施例提供了一种电子设备100。所述电子设备100包括I²C总线110、主设备130和开关器件150。

其中，所述I²C总线110包括数据线SDA和时钟线SCL，所述主设备130包括与所述数据线SDA连接的数据接口以及与所述时钟线SCL连接的时钟接口。所述开关器件150连接在所述主设备130的控制接口和所述时钟线SCL之间。

所述主设备130在检测到所述I²C总线110处于死锁状态(如数据线SDA被拉低预设时长)时，可以控制所述开关器件150交替导通与关断，以向所述时钟线SCL输出脉冲信号，进而根据所述脉冲信号解除所述死锁状态。其中，直接通过所述主设备130对所述I²C总线是否处于死锁状态进行检测，可以避免现有技术中因增加总线监测恢复设备或总线缓冲器而导致制造成本高以及电路结构复杂等问题。

可选地，所述主设备130的控制接口的具体类型不受限制，可以根据实际应用中所述主设备130的具体类型进行设置。例如，在所述主设备130为CPU、MCU或CPLD时，该控制接口可以为CPU、MCU或CPLD的I/O接口。

所述主设备130控制所述开关器件150交替导通与关断以向所述时钟线SCL输出脉冲信号的方式，可以是通过所述开关器件150的导通与关断控制时钟线SCL交替与电源VCC连接或接地，从而实现向所述时钟线SCL输出脉冲信号。在本实施例中，所述时钟线SCL可通过第一上拉电阻R1与电源VCC连接、并通过所述开关器件150接地，以使所述时钟线SCL在所述开关器件150导通时接地而处于低电位状态，以及在所述开关器件150关断时通过第一上拉电阻R1与电源VCC连接而处于高电位状态，进而在所述开关器件150交替导通时获得脉冲信号。

其中，所述开关器件150包括控制端、高电位端和低电位端。所述控制端与所述主设备130的控制接口连接，所述高电位端与所述时钟线SCL连接，所述低电位端接地。

可选地，所述开关器件150的具体类型不受限制，例如，可以包括，但不限于三极管、金属氧化物半导体场效应晶体管、晶闸管、碳化硅晶体管、氮化镓晶体管、高电子迁移率晶体管以及绝缘栅双极型晶体管等具备开关特性的电气元件。

其中，在一种实例中，优选所述开关器件150为金属氧化物半导体场效应晶体。该金属氧化物半导体场效应晶体管可以包括栅极、源极和漏极。所述栅极作为所述控制端与所述主设备130的控制接口连接，所述源极和漏极的其中一个作为所述高电位端与所述时钟线SCL连接、另一个作为所述低电位端接地。

所述金属氧化物半导体场效应晶体管既可以是N型(如N-MOS管)，也可以是P型(如P-MOS管)。在本实施例中，结合图4，以N型金属氧化物半导体场效应晶体管Q1为例进行说明。其中，该N型金属氧化物半导体场效应晶体管Q1的栅极作为所述控制端与所述控制接口连接、漏极作为所述高电位端与所述时钟线SCL连接、源极作为所述低电位端接地。通过采用N型金属氧化物半导体场效应晶体管Q1，利用该晶体管的低导通电阻特性，可以有效降低所述电子设备100在解除I²C总线110死锁状态的工作过程中的功耗，从而降低电子设备100的使用成本，进一步地提高了电子设备100的实用性。

在另一种实例中，所述开关器件150可以为三极管，该三极管可以包括基极、集电极和发射极。其中，所述基极作为所述控制端与所述主设备130的控制接口连接，所述集电极和发射极的其中一个作为所述高电位端与所述时钟线SCL连接、另一个作为所述低电位端接地。

所述三极管既可以是NPN型，也可以是PNP型。在本实施例中，结合图5，以NPN型三极管Q2为例进行说明。其中，该NPN型三极管Q2的基极作为所述控制端与所述控制接口连接、集电极作为所述高电位端与所述时钟线SCL连接、发射极作为所述低电位端接地。

进一步参考图3，考虑到电子设备100内还设置有通过所述主设备130控制的从设备170。其中，所述从设备170可以根据时钟线SCL获取脉冲信号以将数据线SDA的电位拉高，从而解除I²C总线的死锁状态。在本实施例中，所述电子设备100包括的从设备170的数量可以是一个或多个。

针对每一个从设备170，该从设备170包括与所述数据线SDA连接的数据接口以及与所述时钟线SCL连接的时钟接口。其中，所述主设备130通过所述I²C总线110与所述从设备170进行数据通信。

结合所述从设备170，解除所述I²C总线死锁状态的整个流程描述如下。在所述主设备130检测到所述数据线SDA被拉低预设时长时，可以控制所述开关器件150交替导通与关断，以通过所述时钟线SCL向所述从设备170输出脉冲信号。所述从设备170在接收到该脉冲信号时，可以通过数据接口控制所述数据线SDA的电平拉高，从而解除I²C总线的死锁状态。

可选地，所述从设备170通过数据接口控制所述数据线SDA的电平拉高的方式不受限制，例如，可以通过该数据接口向所述数据线SDA输出一高电平。考虑到I²C总线处于死锁状态是由于数据线SDA的电平被从设备170的数据接口拉低预设时长而造成，在本实施例中，所述数据线SDA还通过第二上拉电阻R2与所述电源VCC连接，所述从设备170可以在接收到脉冲信号时控制数据接口断开与地的连接，从而使所述数据线SDA通过所述第二上拉电阻R2被电源VCC拉高，进而使所述数据线SDA因电平被拉高而使I²C总线的死锁状态解除。

结合图6，本实用新型实施例还提供一种I²C总线死锁恢复电路200，包括总线控制设备210和开关器件230。其中，所述总线控制设备210包括与I²C总线110的数据线SDA连接的数据接口以及与所述I²C总线110的时钟线SCL连接的时钟接口，所述开关器件230连接在所述总线控制设备210的控制接口和所述时钟线SCL之间。

当所述I²C总线110处于死锁状态时，所述总线控制设备210控制所述开关器件230交替导通与关断，以向所述时钟线SCL输出脉冲信号，以解除所述I²C总线110的死锁状态。

其中，在所述I²C总线死锁恢复电路200应用于图3所示的包括主设备130、从设备170和I²C总线110的电子设备100中时。在这种情况下，所述主设备130可以作为所述I²C总线死锁恢复电路200中的总线控制设备210，以控制所述开关器件230交替导通与关断，从而向所述从设备170输出脉冲信号，以使所述从设备170可以根据该脉冲信号解除I²C总线110的死锁状态。

考虑到所述I²C总线死锁恢复电路200和所述电子设备100解除I²C总线死锁状态的原理基本相同，在本实施例中，所述总线控制设备210的结构和工作原理与所述电子设备100的主设备130基本相同，所述开关器件230与所述电子设备100的开关器件150的结构和工作原理也基本相同，因此，对于所述总线控制设备210以及所述开关器件230的具体类型、连接关系以及工作原理可以参照前文对所述电子设备100的解释说明，在此不再一一赘述。

综上所述，本实用新型提供的I²C总线死锁恢复电路和电子设备，通过总线控制设备或主设备和开关器件的配合，控制开关器件交替导通和关断以向I²C总线的时钟线SCL输出脉冲信号，以解除I²C总线的死锁状态，进而改善现有的I²C总线死锁恢复电路中存在电路结构复杂的问题，极大地提高I²C总线死锁恢复电路和电子设备的经济特性。其次，优选将开关器件设置为N型金属氧化物半导体场效应晶体管时，利用该晶体管具有低导通电阻的特性，可以使开关器件在工作中产生的功耗保持在一个较低的范围内，从而降低I²C总线死锁恢复电路和电子设备的整体功耗，进一步地提高了I²C总线死锁恢复电路和电子设备的经济特性。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种I²C总线死锁恢复电路，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的I²C总线死锁恢复电路，其特征在于，所述开关器件包括与所述控制接口连接的控制端、与所述时钟线连接的高电位端、以及接地的低电位端。

3.根据权利要求2所述的I²C总线死锁恢复电路，其特征在于，所述开关器件为金属氧化物半导体场效应晶体管，该金属氧化物半导体场效应晶体管包括栅极、源极和漏极，其中，所述栅极作为所述控制端，所述源极和漏极的其中一个作为所述高电位端、另一个作为所述低电位端。

4.根据权利要求3所述的I²C总线死锁恢复电路，其特征在于，所述开关器件为N型金属氧化物半导体场效应晶体管，该N型金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极作为所述控制端、漏极作为所述高电位端、源极作为所述低电位端。

5.根据权利要求2所述的I²C总线死锁恢复电路，其特征在于，所述开关器件为三极管，该三极管包括基极、集电极和发射极，其中，所述基极作为所述控制端，所述集电极和发射极的其中一个作为所述高电位端与、另一个作为所述低电位端。

6.一种电子设备，其特征在于，包括：

I²C总线，该I²C总线包括数据线和时钟线；

7.根据权利要求6所述的电子设备，其特征在于，还包括至少一个从设备，每个从设备包括与所述数据线连接的数据接口以及与所述时钟线连接的时钟接口,其中，所述主设备通过所述I²C总线与所述从设备进行数据通信。

8.根据权利要求6或7所述的电子设备，其特征在于，所述开关器件为金属氧化物半导体场效应晶体管，该金属氧化物半导体场效应晶体管包括栅极、源极和漏极，其中，所述栅极作为所述开关器件的控制端，所述源极和漏极的其中一个作为所述开关器件的高电位端、另一个作为所述开关器件的低电位端。

9.根据权利要求6或7所述的电子设备，其特征在于，所述开关器件为三极管，该三极管包括基极、集电极和发射极，其中，所述基极作为所述开关器件的控制端，所述集电极和发射极的其中一个作为所述开关器件的高电位端、另一个作为所述开关器件的低电位端。

10.根据权利要求6或7所述的电子设备，其特征在于，所述数据线和所述时钟线分别通过上拉电阻与电源连接。