最近做項(xiàng)目測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)I2C data信號(hào)低電平不能完全到0電平，如下圖

量測(cè)到低電平最大值150mV左右，檢查SOC及負(fù)載端SPEC，低電平最大值都是VIL max =0.35VDD 對(duì)于1.8V的IO 電平，這個(gè)電壓是0.35x1.8=0.63V 顯然150mV<<630mV,不影響邏輯判斷，因此從項(xiàng)目的角度考慮，此問題并不影響項(xiàng)目，可以忽略。只是做項(xiàng)目的角度考慮，此問題就可以結(jié)束了。

但拍電視也不能在第一集就結(jié)束吧，顯然還需要繼續(xù)分析……

但要深究原因，那就又得重新抓起……，那就從新抓起吧，反問：為啥會(huì)出現(xiàn)不到0的情況？

最容易想到的是內(nèi)部MOS有壓降，啥情況下有壓降，電流大了會(huì)有壓降，對(duì)，所有的MOS在開啟時(shí)都有Ron，雖然都很小，但在電流大的時(shí)候這個(gè)壓降在所難免，查了下高通IO 電壓壓降，顯示最大50mV,也就是正常GPIO在低電平50mV就是最大。

那為啥這里會(huì)這么大，原因是I比較大，正常使用GPIO，上拉會(huì)選擇4.7K-100K，4.7K 算是比較強(qiáng)的上拉了，而這里I2C大部分在2.2K，而這里測(cè)試時(shí)上拉是1k。因此理論上通路的電流是1.8/1k=1.8mA,正常GPIO驅(qū)動(dòng)電流是2-16mA step 2mA，按理說也是夠用。

為了驗(yàn)證是電流能力問題，做了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，

1.將通路電流降低，即將上拉改大，修改到2.2K

2.將通路電流能力提高，即將MOS的電流能力增加修改到4mA.

如上兩個(gè)驗(yàn)證下來都會(huì)降低低電平時(shí)的電壓，能降到100mV左右。

從軟件配置看，默認(rèn)的I2C電流是2mA，默認(rèn)GPIO也是2mA.

另外查了下CSDN類似的問題，如下這位仁兄做實(shí)驗(yàn)和我的類似，不過他最后將I2C的pad改成了GPIO模式，然后低電平就到0了。

MT6739 Android 8.1 I2C口電平轉(zhuǎn)換低電平無法到0V的解決辦法_楊涂涂的博客-CSDN博客_i2c低電平無法拉到0v

基于此：有兩個(gè)問題

1.為什么GPIO模式能到0，而I2C模式不能到0？

2.I2C 的GPIO能修改為Push-Pull嗎？

我們知道GPIO模式pin配置通常是Push-pull(PP),而I2C 配置是OpenDrain（OD）,為了說明簡(jiǎn)單，下文稱為PP和OD。

如下是STM32 GPIO框圖，Push-pull電路看的很清楚

?高通SOC內(nèi)部電路類似，如下只是降Push-pull和Pull Up這些細(xì)節(jié)電路用了框表示

?先思考第一個(gè)問題

第一個(gè)問題的描述并不準(zhǔn)確，它是基于場(chǎng)景的描述，并沒有給出指定的條件，如果修改為：

同樣的GPIO MOS（內(nèi)部N-MOS+P-MOS不變）電路情況下，為什么Push-pull能到0，而OD不能到0？

這樣的問題，答案是問題不準(zhǔn)確，如果是內(nèi)部電路不變（至少P-MOS 在PP和OD下是同一個(gè)）那么如果PP能到0，OD也能到0（在上升和下降時(shí)間很短的情況，如上的波形能看出上升和下降時(shí)間都很短）。

只有在上升和下降時(shí)間很長(zhǎng)時(shí)才有可能出現(xiàn)PP能到0，而OD不能到0，因?yàn)镺D的上升和下降tao=RC,R 更大。而沒有外加電容時(shí)寄生電容大概是pF 級(jí)別，低速電路都可以忽略。但那位仁兄加了MOS后的下降沿看起來很大，并不能完全忽略。

因此回到該場(chǎng)景下，為什么在那位仁兄的SOC上，GPIO的低電平能到0，而I2C的低電平不能到0，還是因?yàn)镸OS電流能力，I2C的電流默認(rèn)是2mA，GPIO 他期望的是沒有電流限制。沒有看到配成GPIO時(shí)的電流。

GPIO電路通常是Push-pull電路，即N-MOS和P-MOS都處在開關(guān)狀態(tài)，要么打開要么關(guān)閉，那么GPIO又是怎么去控制電流的呢？

我們知道，只有MOS處在可變電阻區(qū)時(shí)（放大區(qū)），電流才能變化，但此時(shí)DS之間的壓降很大，GPIO肯定不能用這種模式。

猜想：1.內(nèi)部可能是多個(gè)Push-pull電路并聯(lián)

? ? ? ? 2.使用Jfet之類的fet控制，在電流可控區(qū)域依然沒有壓降，這個(gè)猜想出現(xiàn)不到1分鐘就自我否定了，原因是Jfet在電流可變時(shí)也有壓降，另外現(xiàn)在的SOC都是CMOS電路，那就說明了是MOSFET構(gòu)成的。

因此只有1是可能的猜想，為了驗(yàn)證這個(gè)猜想，找了很久資料，最終找到確實(shí)是并聯(lián)了PP電路。

如下是它提供的電路

Digital output with programmable current

The current drive of the output pad is an important parameters for low-power application. Using a 2mA current limits the power dissipation but provokes low speed switching. When 2mA and 4mA drivers work simultaneously, a 6mA current is available to charge and discharge the output signal faster, at the cost of a higher power dissipation.

?

?因此如果是2-16mA 可編程，那么內(nèi)部應(yīng)該是2||4||6||8 4個(gè)PP電路。而為了減少功耗，默認(rèn)通常是2mA.

查到這里已經(jīng)查到了IC設(shè)計(jì)的基本概念，屬于電路設(shè)計(jì)的上游，由此本職工作要做好，經(jīng)常會(huì)涉及上下游的知識(shí)。做好并不容易。

基于此PP能到0，而OD不能到0，本質(zhì)上內(nèi)部走的不是同一個(gè)電路。

?回到第二個(gè)問題：I2C能用PP模式嗎？

回想I2C通信過程，大概是maste?發(fā)送8bit數(shù)據(jù)，等待slaver 回復(fù)ack,或者反過來，因此在SOC端，發(fā)送8bit再讀1bit，摘取協(xié)議中電路如下。

?如主機(jī)為PP，從機(jī)依然是OD，那么主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)（高低電平）還是按照GPIO傳輸一樣輸出，第9bit時(shí)不需要輸出，此時(shí)總線設(shè)置為輸入，數(shù)據(jù)走如上標(biāo)注2的位置，因此也不沖突，這樣看，在單主機(jī)多從機(jī)的情況下，主機(jī)發(fā)送是可以設(shè)置為PP。

但I(xiàn)2C是多主機(jī)多從機(jī)的通信協(xié)議，在多主機(jī)時(shí)，主機(jī)如果都設(shè)置為PP，那么存在短路情況，因此肯定不行，協(xié)議規(guī)定OD是合理的。

基于以上這些理解，繼續(xù)查看之前的波形，發(fā)現(xiàn)第9bit?時(shí)電平能回到0，而9bit是slave發(fā)送給maste的，因此再次判定是SOC內(nèi)部的N-MOS的驅(qū)動(dòng)不夠。

（嚴(yán)格意義上說還有走線阻抗的存在，因?yàn)闇y(cè)試時(shí)是偏向slave負(fù)載端測(cè)試的，這樣走線的阻抗都計(jì)算在了maste端的RS上，但畢竟很小，沒深究）

因此如上圖就是maste發(fā)送給slave的數(shù)據(jù)，如果反過來slave發(fā)送數(shù)據(jù)給maste，那么不能到0的應(yīng)該只有ack

?數(shù)據(jù)流向及測(cè)試位置示意。

總結(jié)：

1.I2C data 低電平不能到0是由于通路電流較大，GPIO 內(nèi)部MOS 內(nèi)阻分到了部分電壓，通路電流或者增加通路電流能力都可以降低此電壓，通常都在SPEC范圍內(nèi)，可不修改。

基于不到0 的電平可以判斷數(shù)據(jù)的流向。

2.GPIO 內(nèi)部輸出電流能力控制是通過切換或者并聯(lián)不同的PP電路實(shí)現(xiàn)，因此PP模式和OD模式時(shí)可能并不是同一個(gè)電路，盡管他們都是由同一個(gè)pin輸出。

3.I2C 修改為Push-Pull的操作，只在單主機(jī)上可行，多主機(jī)時(shí)依然要遵守協(xié)議。（這一點(diǎn)可能不準(zhǔn)確，有經(jīng)驗(yàn)的同學(xué)幫忙評(píng)論留言）文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-423028.html

到了這里，關(guān)于由I2C data信號(hào)低電平不到0，再思考I2C及GPIO的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！