- 一、前言
- 二、案例一
- 2.1、实际电路
- 2.2、解决方案
- 三、案例二
- 3.1、实际电路
- 3.2、解决方案
通常I2C是用于PCB板内各个IC之间的总线通讯，此外I2C也可以用于短距离板级之间的通讯，默认波特率为100k。I2C电路必须用阻抗匹配的方法来优化SDA与SLK信号的波形，让信号波形尽量接近方波，优化信号完整性。
糟糕的波形：
好的波形：
无论是I2C电路还是SPI电路都存在同样的信号完整性问题，要使用阻抗匹配的方法来优化。阻抗匹配的前提是学习使用示波器去观察波形，根据实际情况去调整阻抗匹配的方案。
分享一个CSDN的视频，有助于理解阻抗匹配。地址：https://www.bilibili.com/video/BV12u411o7f9?spm_id_from=333.999.0.0
2.1、实际电路
我使用安富莱的H7-TOOL作为I2C主机，外部连接6个STM32开发板，总的通讯距离大概70cm左右。
注：整个系统GND都是短接在一起的，该电路的侧重点是I2C的SDA与SLK，所以忽略了GND电路。
使用H7-TOOL作为I2C主站可以很方便地调试I2C从站。通讯的波形如下，其中黄色是SDA，蓝色是CLK，它们都有明显的下冲。
电路上的信号出现下冲与上冲根本原因是阻抗不匹配。I2C总线的阻抗匹配，我在一个CSDN博文上找到线索，结果是真的能解决信号的上冲与下冲问题。
CSDN博文：https://blog.csdn.net/Nightya/article/details/105644644
根据CSDN博文的介绍，减缓信号下冲需要在发射端串联电阻。OK，那么我就在H7-TOOL上串联电阻开始测试波形。
接下来的问题是，究竟需要串联多大的电阻？为此，我尝试过22Ω，47Ω，68Ω，82Ω，100Ω。
结论：
- 串联22Ω时（R1=R2=22Ω），波形没有明显的变化。
- 串联47Ω时（R1=R2=47Ω），波形有明显的变化（下冲没有那么厉害了）。
- 串联68Ω时（R1=R2=68Ω），波形跟串联47Ω时的情况是差不多的。
- 串联82Ω时（R1=R2=82Ω），波形又比68Ω好了一些。
- 串联100Ω时（R1=R2=100Ω），我认为波形已经很不错了。如下图所示：
3.1、实际电路
将H7-TOOL变成树莓派4B来看看信号的波形吧，如下是没有做信号匹配时的电路。
注：整个系统GND都是短接在一起的，该电路的侧重点是I2C的SDA与SLK，所以忽略了GND电路。
经过示波器观察，得到的波形如下。树莓派4B作为I2C主机时，情况更加糟糕，上冲与下冲都很明显。
按照案例一的思路，我先从串联电阻开始解决信号的下冲。
这一次，我直接串联100Ω的电阻（R1=R2=100Ω），用于I2C电路的阻抗匹配。使用示波器观察波形如下：
结论：
- 在树莓派4B的案例二上，串联一个100Ω的电阻就能解决上冲与下冲的问题。
