Adaptador de niveles para bus i2c

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Adaptador de niveles para bus I2C
En la actualidad existen microcontroladores que utilizan 3,3Volts de alimentación debido a las modernas tecnologías de fabricación de 0,5 micrómetros. Además, la constante miniaturización ya está e
ntregándonos dispositivos que trabajan a 2Volts, 1,8Volts y hasta 1,35Volts. La existencia de componentes que trabajan a tensiones normalizadas de 5Volts nos obligaa adaptar los niveles de voltaje dentro del bus I2C para lograr un funcionamiento correcto entre estos dispositivos que utilizan distintas fuentes de tensión. Un problema frecuente; he aquí una solución eficiente.
Si en un circuito no existen dispositivos capaces de adaptar los niveles de los impulsos manejados dentro de un bus I2C entre dos dispositivos que sean alimentados con diferentestensiones, es muy probable que aquel que trabaje con la menor tensión se dañe irremediablemente. En el caso inverso, aquellos que utilicen los voltajes de trabajo inferiores corren el riesgo de no ser detectados dentro del bus cuando intentan conectarse a los demás. Sin embargo, existen algunos componentes que, a pesar de operar con tensiones de 3,3Volts de alimentación, tienen la posibilidad deconectarse sin inconvenientes y sin componentes adicionales a un bus I2C que utilice una tensión de 5Volts. Un circuito de ejemplo de convivencia de elementos de distintas características sería el siguiente:

Dispositivos de 3,3Volts que pueden operar en un bus I2C de 5Volts
El inconveniente que se presenta con esta clase de montajes es que, en la gran mayoría de los casos, los dispositivos que sondesarrollados para operar con tensiones de trabajo de 3,3Volts no traen la posibilidad de ser compatibles con un bus I2C de 5Volts, mientras que los pocos que sí lo hacen y que se encuentran en el mercado son más caros que un dispositivo estándar, ya que las técnicas de fabricación son más complejas. La manera más usual de solucionar este inconveniente es a través de la utilización de dostransistores MOS-FET de canal N conectados entre los elementos de distintas tensiones de trabajo, tal como se observa en la imagen.

Circuito sugerido para el adaptador de tensiones I2C
Como podemos deducir de la imagen, el sector izquierdo se alimenta con 3,3Volts y las resistencias Pull-Up (Rpl) utilizadas son de un valor acorde a esta tensión de alimentación (3K3), mientras que del lado derecho, lasresistencias Rph (4K7) son las que se utilizan habitualmente en cualquier disposición de bus I2C con alimentación de 5Volts. Los transistores MOS-FET de canal N utilizados en el circuito pueden ser cualquier dispositivo capaz de manejar tensiones de 50Volts y corrientes de 100mA máximas, como puede ser el modelo BSN20 fabricado por NXP.

Funcionamiento del adaptador
Lo elemental que salta ala vista en el segundo diagrama mostrado es que la falta de cualquiera de las tensiones de alimentación en el equipo no significa que el bus I2C deje de funcionar. Por ejemplo, si estamos trabajando con un equipo alimentado a baterías, donde la preservación, optimización y uso correcto de la energía es prioritario, podemos “suspender” las secciones que no sean necesarias para el correctofuncionamiento del microcontrolador principal. Es decir, podemos suspender sensores, display, relés, sistemas con microcontroladores que funcionen de manera satelital al principal, y todo dispositivo I2C que esté “colgado” del bus y no requiera ser alimentado de manera permanente debido a que no es necesario su intervención contínua.

El microcontrolador principal determina que dispositivos activar através del bus
Otro ejemplo son los instrumentos que habitan una sonda espacial. No es necesario que estén consumiendo de manera contínua la energía de las baterías sino que deben hacerlo sólo en el momento en que deban realizar una tarea, como puede ser una toma fotográfica, un análisis químico específico, un movimiento mecánico necesario y muchos otros “consumos” que son momentáneos y no...
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