PCAL6416A 带有中断输出、复位和配置寄存器的低电压变换16位I²C总线/SMBus I/O扩展器

PCAL6416A是一款16位通用I/O扩展器，通过I²C总线接口为大多数微控制器系列提供远程I/O扩展。

在保持互连最小化的同时需要额外的I/O时，NXP I/O扩展器提供简易的解决方案，例如，在用于连接传感器、按钮、键区等附件的电池供电移动应用中。除提供灵活的GPIO设置外，还简化了运行在一个电压级别上的处理器与工作在不同（通常更高）电压级别上的I/O器件之间的连接。PCAL6416A具备内置电平切换功能，使这些器件在需要在不兼容I/O电压之间进行通信的混合信号环境中极其灵活。其双电源轨上1.65 V至5.5 V的宽范围VDD允许与接口侧(SDA/SCL)的下一代低电压微处理器和微控制器以及端口侧的更高电压外设进行无缝通信。

PCAL6416A有两种供电电压：VDD（I2C总线）和VDD(P)。VDD（I2C总线）为主器件侧（例如，微控制器）的接口提供供电电压而VDD(P)为核心电路和端口P提供电源。PCAL6416A通过VDD（I2C总线）提供双向电压电平变换。VDD（I2C总线）应连接至外部SCL/SDA线路的VDD。这表示I²C总线至PCAL6416A的VDD电平，而PCAL6416A端口P上的电压电平由VDD(P)决定。

PCAL6416A包含四对8位配置、输入、输出和极性反转寄存器的PCA6416A寄存器组，另外，PCAL6416A还具备灵活I/O，这是专为增强I/O而设计的额外功能。这些额外功能是：可编程输出驱动强度、可闭锁输入、可编程上拉/下拉电阻、可屏蔽中断、中断状态寄存器、可编程开漏或推挽输出。PCAL6416A引脚对引脚取代PCA6416A，但是PCAL6416A上电时屏蔽所有I/O中断。这种屏蔽默认设置使得上电时板卡没有伪中断。

上电时，I/O均配置为输入。但是，系统主器件可通过写入I/O配置位将I/O用作输入或输出。每个输入或输出的数据保留在对应的输入或输出寄存器中。通过极性反转寄存器可反转输入端口寄存器的极性，保存外部逻辑门。可编程上拉和下拉电阻无需分离式组件。

通过在RESET输入中加入低电平，系统主器件可在超时或其他不当操作时使PCAL6416A复位。上电复位会将寄存器设为其默认状态并初始化I²C总线/SMBus状态机。RESET引脚可引发相同的复位/初始化而无需使部件断电。

当任何输入状态与其对应的输入端口寄存器状态不同时，会激活PCAL6416A开漏中断(INT)输出并用于通知系统主器件输入状态已改变。

INT可连接至微控制器的中断输入。通过在此线路上发送中断信号，远程I/O可通知微控制器其端口上是否存在输入数据而无需通过I²C总线通信。因此，PCAL6416A可依旧是简易的从器件。输入闭锁功能会保持或闭锁输入引脚状态并保持产生中断的逻辑值直至主器件能够处理中断。这使主机的中断服务响应最小化，从而实现快速移动输入。

器件端口P输出具有25 mA的灌电流能力，可在消耗低器件电流的同时直接驱动LED。

一个硬件引脚(ADDR)可用于对固定的I²C总线地址进行编程和改变，并允许最多两个器件共享相同的 I²C总线或SMBus。

产品特点 Features

I²C总线至并行端口扩展器
1.65 V至5.5 V的工作电源电压范围
允许下列项目之间的双向电压电平变换和GPIO扩展：
- 1.8 V SCL/SDA和1.8 V、2.5 V、3.3 V或5 V端口P
- 2.5 V SCL/SDA和1.8 V、2.5 V、3.3 V或5 V端口P
- 3.3 V SCL/SDA和1.8 V、2.5 V、3.3 V或5 V端口P
- 5 V SCL/SDA和1.8 V、2.5 V、3.3 V或5 V端口P
低待机电流消耗：
- 5 V VDD时典型值为1.5 μA
- 3.3 V VDD时典型值为1.0 μA
施密特触发器操作允许在SCL和SDA输入上进行缓慢输入转变并带来更好的切换噪音抗扰性
- 1.8 V时Vhys = 0.18 V（典型）
- 2.5 V时Vhys = 0.25 V（典型）
- 3.3 V时Vhys = 0.33 V（典型）
- 5 V时Vhys = 0.5 V（典型）
I/O端口具有5 V耐受
低电平有效的复位输入(RESET)
开漏低电平有效的中断输出(INT)
400 kHz快速模式I²C总线
内部上电复位
上电时使所有通道配置为输入
上电时没有脉冲干扰
SCL/SDA输入上有噪音滤波器
锁存输出具有25 mA的最大驱动能力，用于直接驱动LED
闭锁性能超过JESD 78，Class II规定的100 mA
ESD保护超过JESD 22
- 2000 V人体模型(A114-A)
- 1000 V充电器件模型(C101)
提供封装：TSSOP24、HVQFN24、VFBGA24

应用

软件向后兼容上电时禁用中断的PCA6416A
引脚对引脚直接取代PCA6416A
输出端口配置：组可选推挽或开漏输出级
中断状态：只读寄存器会识别中断源
位元I/O编程功能：
- 输出驱动强度：四种可编程驱动强度以减少低电容应用中的上升和下降时间
- 输入闭锁：保持输入端口寄存器值变化直至读取输入端口寄存器
- 上拉/下拉使能：浮动输入或上拉/下拉电阻使能
- 上拉/下拉选择：100 kΩ上拉/下拉电阻选择
- 中断屏蔽：屏蔽会防止输入状态更改时生成中断以防伪中断

封装

型号	可订购的器件编号	订购码 (12NC)	产品状态	封装
PCAL6416AEV	9352 980 75118	PCAL6416AEVJ	量产	VFBGA24 (SOT1199-1)
PCAL6416AEX	9353 002 79115	PCAL6416AEXX	量产	XFBGA24 (SOT1342-1)
PCAL6416AHF	9352 980 73128	PCAL6416AHF,128	量产	HWQFN24 (SOT994-1)
PCAL6416APW	9352 980 74118	PCAL6416APW,118	量产	TSSOP24 (SOT355-1)

订货和供应

型号	订购码 (12NC)	可订购的器件编号	化学成分
PCAL6416AEV	9352 980 75118	PCAL6416AEVJ	PCAL6416AEV
PCAL6416AEX	9353 002 79115	PCAL6416AEXX	PCAL6416AEX
PCAL6416AHF	9352 980 73128	PCAL6416AHF,128	PCAL6416AHF
PCAL6416APW	9352 980 74118	PCAL6416APW,118	PCAL6416APW

PCAL6416A 技术支持

档案名称	标题	类型	格式
PCAL6416A	Low-voltage translating 16-bit I2C-bus/SMBus I/O expander with interrupt output, reset, and configuration registers	Data sheet	pdf
AN10441	Level shifting techniques in I2C-bus design	Application note	pdf
AN255	I2C / SMBus Repeaters, Hubs and Expanders	Application note	pdf
AN10710	Features and applications of the PCAL6416A I2C-bus extender	Application note	pdf
75016527	Extend standard I2C-bus devices without worrying about offset voltages; NXP I2C-bus extender PCAL6416A in a proven application	Brochure	pdf
75016532	Extend the I2C-bus with advanced repeaters and hubs; NXP 2-channel I2C-bus repeaters PCAL6416Ax and 5-channel I2C-bus hubs PCA9516x	Leaflet	pdf
75016080	Extend the reach of any I2C-bus system without special offset voltage levels; NXP I2C-bus extender PCAL6416A	Leaflet	pdf
75017424	NXP I2C-bus solutions 2013: Smart, simple solutions for the 12 most common design concerns	Leaflet	pdf
UM10204	I2C-bus specification and user manual	User manual	pdf
UM10206	I2C Demonstration Board 2005-1 Quick Start Guide	User manual	pdf
UM10323	PCA9600 demonstration board OM6293	User manual	pdf