在 FAGA 系统设计中，I2C
总线是一种常用的通信方式，常被用于连接
存储器和
电源时序隔离芯片，在板级连接中也较为常见。I2C 总线采用简单的 2 线式连接，仅通过 1 条时钟（SCL）和 1 条数据（SDA）线来连接设备。由于其设计简单，它在通信设备中得到了越来越广泛的应用，如 SMBus、PMBus 和 ATCA 的 IPMB 总线等。
然而，尽管 I2C 总线设计看似简单，但在实际应用中，通信错误的情况并不少见。特别是在通信装置等需要与底板连接，以及在 IO 卡之间使用长配线进行通信的情况下，出现故障的可能性会显著增大。
通信错误的原因分析 通信错误很可能是由于线路容量超出了 I2C 总线的规定。I2C 总线的规格明确规定，线路容量为 400pF。当进行与底板的连接，或者在 IO 卡之间采用长布线时，布线容量可能会超出 I2C 规格的限制。如图 1 所示，这会导致上升波形变钝，从而引发通信错误，因此在设计过程中需要特别注意。
图 1：上升波形
调整上拉电阻的尝试 通常情况下，针对上升沿钝化的问题，我们会采取增大上拉电流（减小上拉电阻）的措施。这样做的原理是，即使总线的寄生电容增大，也能够通过增大的上拉电流来驱动信号。然而，这种方法也存在一定的副作用。如果上拉电流过大，会导致 Low 电平上升（上拉电流 × 寄生电阻），这个上升后的电平可能会高于 VOL 的门槛电压，从而影响通信的正常进行，所以在调整上拉电阻时需要谨慎操作。
无法通过调整上拉电阻解决问题时的应对策略
当通过调整上拉电阻无法避免通信错误时，我们需要寻找其他的解决方案。在像通信装置那样需要与底板连接的情况下，以及由于用扁平电缆连接基板间进行 I2C 总线通信，因寄生电容原因而无法避免通信错误时，使用 Analog Devices 公司的 I2C 总线缓冲区产品是一个不错的选择。
图 2：I/O 基板间的连接
以 LTC4315 为例，它具有 Rise Time Accelerator 功能，能够有效改善逐渐消失的上升波形。如图 3 所示，将 LTC4315 放置在控制板上，即使连接到底板，也能够保证正常通信。LTC4315 可以说是 I2C 总线通信中不可或缺的产品，它能够很好地解决电路板之间（器件之间）产生较大寄生电容时的问题，从而减少通信错误的发生。
图 3：I2C 总线缓冲器
总结与建议 在使用 I2C 总线进行通信设计时，首先要充分考虑线路容量对通信的影响，尽量避免布线容量超出 I2C 总线的规格限制。在遇到上升沿钝化问题时，可以尝试调整上拉电阻，但要注意其副作用。当调整上拉电阻无法解决问题时，及时采用合适的 I2C 总线缓冲区产品，如 LTC4315，以确保通信的稳定性和可靠性。
