4 设计用于热插入的外部卡

如果系统设计人员无法控制背板的设计，而是控制外部卡，则上述方法可能无法实现。在这种情况下，在外部卡上使用热插入缓冲器是一种理想的方法。TCA9511A 是适合此应用的潜在器件。该器件具有 1V 预充电电路、转换率触发的上升时间加速器和用于“智能”连接的停止/空闲状态检测。

当与背板进行外部卡 SDA/SCL 连接时，1V 预充电特性有助于限制浪涌电流。1V 预充电虽然并非万无一失，但有助于在热插入事件进入带电总线期间减少毛刺脉冲。为了在热插入事件期间使用 1V 预充电特性，必须确保两个设计注意事项。

需要完成的第一个设计设置是 TCA9511A 的“IN 侧”需要设计为与外部卡的背板连接。这是因为器件的“IN 侧”仅在器件的“IN 侧”进行总线空闲/停止条件检测，而“OUT 侧”仅查看电压是否高于 V_IH（电压输入高）。出于这个原因，不应在外部卡的 I²C 总线的“IN 侧”填充开路电阻，因为它会对 TCA9511A 产生错误的空闲状态并关闭 1V 预充电电路。#T6165312-5 指明了哪一侧是 TCA9511A 的“IN 侧”和“IN 侧”上未组装的上拉电阻器。

图 4-1 TCA9511A IN 侧无上拉电阻器的外部卡设计示例

所需的第二个设计设置是从外部卡到背板的连接必须首先将接地端和电源连接到外部卡，然后 SDAIN/SCLIN 连接到背板 I²C 总线。其原因是，在 SCLIN/SDAIN 连接至背板之前，TCA9511A 需要上电并打开其 1V 预充电电路。如果 SDAIN 或 SCLIN 线路与电源和接地同时连接至背板，那么，1V 预充电电路不会及时加电，如果背板上的 SDA/SCL 线路为高电平或转换为高电平，背板 I²C 总线可能会瞬间下降到接地。这意味着外部卡需要在其公连接器上具有交错连接点。交错公连接器的示例如#X9707 所示。在此示例中，GND 首先连接。接下来，V_CC 通过使 V_CC 的裸露铜布线比 GND 短约 25mil 来完成。之后，SDAIN 或 SCLIN 连接到背板，因为它们的裸露布线比 GND 短 50mil，比 V_CC 短 25mil。

图 4-2 错开公连接器以支持外部卡上的热插入的示例

一旦外部卡和背板之间建立连接，TCA9511A 将检查三个条件：

1. 使能引脚是否为高电平？
2. SCLOUT 或 SDAOUT 引脚是否为高电平？
3. 是否在 SCLIN 或 SDAIN 上检测到停止条件或总线空闲？

如果满足所有三个条件，则 TCA9511A 将“IN 侧”和“OUT 侧”连接在一起，并且器件的 READY 引脚变为高电平以发出信号。

Condition：

1. 允许处理器控制是否要连接外部卡上的下游从器件。
2. 检查以确保外部卡上的下游从器件已正确通电，并且不会导致总线卡滞。在某些情况下，当热插入发生时，外部卡上的 V_CC 斜升可能不在从器件的数据表上电规格范围内。在此类情况下，如果从器件上电并使 I²C 总线卡在“OUT 侧”，则背板上的主要 I²C 总线并不会也被卡住。
3. 确保在背板上的通信停止之前，不在“IN 侧”和“OUT 侧”之间建立连接。如果两侧在通信期间建立连接，则外部卡“OUT 侧”的从器件可能会看到错误的 I²C 启动条件并干扰 I²C 从器件的状态机。

这三个条件使 TCA9511A 成为适合热插入应用的器件。