Сигнал I2C и мощность на большом расстоянии (кабель 10 метров)

9

После некоторого чтения / тестирования мне удалось установить стабильную связь между двумя устройствами, используя I2C с медным кабелем витой пары FTP CAT5.

Зеленый провод - SCL
Белый / зеленый провод - GND
Синий провод - ПДД
Белый / синий провод - GND

GND подключен только на одном конце кабеля, тактовая частота шины I2C составляет 10 кГц, и я использовал нагрузочные резисторы 10 кОм для VCC

Работает хорошо и стабильно. Когда я решил использовать другие 2 пары кабеля для питания (+12 В), он перестал работать. Я протестировал + 12V на одной паре GND на другой паре, а также + 12V / GND на той же паре: тот же результат, он перестал работать. Перестала работать вся шина I2C, к ней подключены и другие устройства.

Интересно, смогу ли я использовать тот же кабель или перейти на самый безопасный выбор - другой кабель для питания.

power i2c

— user3503519
источник

3

Вы проверили, что питание на приемной стороне достаточно хорошо? Никаких глюков, никаких провалов ... Кабели CAT5 достаточно тонкие, поэтому PoE потребляет> 40 В для питания.

— Владимир Краверо

4

Это где вам нужен осциллограф. Все остальное будет (образованным) отгадыванием.

— труба

1

Я бы не стал скручивать SDA или SCL с GND, потому что вы не хотите иметь какую-либо емкость между ними. Я бы крутил + 12В с GND, так как вы хотите емкость между ними. Какой (обратный) ток имеет +12 В? (у вас может быть отскок)

— Huisman

5

GND подключен только на одном конце кабеля? Если я не понимаю, это звучит неправильно.

— Mkeith

1

Вы имели в виду кабель UTP ? Я уверен, что это может использоваться для большего количества протоколов, чем просто FTP;)

— Эндрю Мортон

15

Может быть, излишнее, если оно работало раньше, но можно использовать преобразователь I2C в дифференциальный преобразователь, такой как PCA9615 , LTC4331 и т. Д. Если резисторы меньшего размера не работают или вам нужно удлинить кабель, подумайте о том, чтобы не использовать I2C напрямую.

Не только диапазон будет расширен, но вы также получите лучшую помехоустойчивость.

— Уэсли Ли
источник

1

Отличный ответ, это именно то, что должно быть сделано, но, конечно, это может быть радикальным изменением для ОП.

— Джек Криси

Я имею в виду, что они очень просты в реализации (по сравнению с переходом на RS-485, CAN и т. Д.), Но да, по сравнению с заменой некоторых резисторов, это радикальное изменение.

— Уэсли Ли

1

Проблема @JackCreasey OP заключается не только в емкости кабеля, они, кажется, страдают от шума на линии 12 В, которую они добавили. Понижение подтягивающих резисторов обеспечивает некоторую дополнительную помехоустойчивость, но они не могут продолжать снижать это сопротивление бесконечно.

— Дмитрий Григорьев

@DmitryGrigoryev Поскольку ОП не дал никаких подробностей, я не уверен, как вы могли бы предположить, что вводится шум. Я согласен, что вы не можете просто продолжать снижать уровень завершения / подтягивания ... но ОП слишком велика на 10: 1.

— Джек Криси

9

Как я отметил в комментарии, трудно отладить без следа осциллографа, но первое, что выделяется из вашего вопроса, это подтягивающий резистор 10 кОм. Это необычно высоко для I2C, хотя во многих случаях это может сработать.

Сначала я бы попытался снизить их до 1 кОм, чтобы посмотреть, повлияет ли это на что-нибудь. Если это поможет, вы можете постепенно сделать их выше, хотя это повлияет на время вашего роста.

— труба
источник

10 к

Ω

$\Omega$ не так ли велика для шины I2C на 10 кГц? (Или это должно быть 100 кГц ОП?)

— Huisman

@Huisman Два хороших момента. 10 кОм не беспокоит меня при 10 кГц на обычной печатной плате, но, возможно, этого недостаточно по кабелю. И 10 кГц - это необычно, но не сумасшедший необычный, я думаю

— труба

7

10 кОм огромны для I2C на любом расстоянии. Это основная проблема ОП.

— Джек Криси

1

Я думаю, что лучше разделить резисторы и использовать один на каждом конце. 2 подтягивающих резистора @ 4,7 кОм, по одному на каждом конце, должны быть лучшим выбором, чем одиночные подтягивающие резисторы 2,2 кОм.

— 12431234123412341234123

Я постараюсь понизить резисторы, это все, что меня интересует после всех этих комментариев.

— user3503519

5

Вам необходимо сбросить нагрузочные резисторы на большие расстояния, и 10 м - это длинный путь, а 10 кОм - это очень много.

Значение подтягивающего резистора связано с тремя вещами:

Емкость кабеля
Направленное напряжение и чувство уровня Rx.
скорость

Попробуйте использовать любой из доступных калькуляторов и начните читать здесь с приложения TI для значений подтягивания или здесь со стандартом NXP I2C (7.1).

С точки зрения проблемы, с которой вы столкнулись, должно быть очевидно, что заземление дополнительных пар (12 В, Gnd) в кабеле изменит емкость на сигнальных проводах I2C.

— Джек Криси
источник

2

Я согласен, можно предположить, что кабель CAT5 имеет около 50 пФ на метр, поэтому 10 метров превышают предел емкости 400 пФ, указанный в спецификации I2C. И достижение тактовой частоты I2C 400 кГц не может быть достигнуто с емкостью 400 пФ при использовании заданного тока подтягивания 3 мА от резисторов. К счастью, замедление скорости поможет - если устройства не имеют минимального ограничения тактовой частоты. Мы не знаем, что это за устройства и каково напряжение на шине I2C, но на самом деле подтягивания должны быть отрегулированы так, чтобы обеспечивать как минимум 3 мА, а если устройства позволяют и согласовывают низкое напряжение на шине, то даже больше.

— Justme

Да, я собираюсь проверить это, но мой вопрос - почему это работает, если на этот кабель не подается питание?

— user3503519

Плавающая пара кабелей не имеет той же емкости, что и пара сигналов, которую она имеет, когда кабель заземлен. Для вашей конфигурации и +12, и Gnd, по сути, одинаковы…. У них есть емкость к сигнальному кабелю, которая влияет на ваше время нарастания. ,

— Джек Криси

2

Несколько заметок:

Получение правильных подтягивающих значений жизненно важно, особенно для SDA. Различные устройства могут потреблять различное количество тока. Я видел установки, которые генерируют дополнительные единицы в данных из-за слишком маленького подтягивающего резистора после переключения на меньший сенсорный чип. Меньшая геометрия означала, что он не может тянуть автобус до чистого нуля.

Скорость убивает. Длинный кабель - это фильтр нижних частот LRC. Для многих приложений I2C вы можете замедлить время, не теряя ничего. Более медленные часы могут компенсировать слабое повышение и большую емкость (но не слишком сильное повышение).

Длинные кабельные трассы - это приглашение EMI. Я видел реализацию I2C, которая нуждалась в ферритовом зажиме для прохождения тестирования на невосприимчивость. Концевая заделка, экранированный кабель или фильтры могут помочь.

Остерегайтесь параллельного сопротивления. Если у вас есть нагрузка 1 кОм на ведущем устройстве, а затем 1 КБ на каждом из четырех клиентских устройств на шине, тогда у вас есть подтягивающая сила в 200 Ом. Не собираюсь на работу.

— Джейсон Треон
источник

0

Прорыве плата SparkFun I2C является хорошим решением, особенности:

PCA9615 buffer
I2C Supply voltage range 2.3-5.5V
Differential Supply voltage range 3-5.5V
draws 16µA of current
Extends I2C bus up to 100 feet
Data rate up to 400kHz
2x Qwiic Connectors

— gatorback
источник

-1

Первое: я хочу поблагодарить сообщество за публикацию ответов.
Второе: я нашел решение на основе этих ответов, вот что я сделал:

Испытано опускание подтягивающих резисторов до 4,7К и 2К. В 2K я время от времени начинаю получать отклики, поэтому я опускаюсь до 1K, затем я начинаю получать ответы, но часть данных отсутствовала по каждому из них. После этого включили нагрузочный резистор на вывод SDA с 10K и все начало работать стабильно.
Таким образом, решение в моем случае - 1K подтягивание на SCL и 10K на SDA.

Спасибо за ваше время.

— user3503519
источник

1

Это безумие, хотя. Какое оборудование вы используете здесь? Может быть, что-то неправильно настроено.

— труба

1

С одной стороны это ESP32 с микропифоном, с другой стороны - atmega8, запрограммированная с помощью Arduino IDE. Я, наконец, не считаю, что это безопасная связь, поэтому я собираюсь переключиться на последовательный (RS232), так как я тестировал, он прекрасно работает на этих диапазонах

— user3503519

1

На вашем месте я бы также посмотрел на RS-485, который был бы еще более надежным и еще более простым. Недостаток в том, что для этого требуется больше сигнальных проводов, но у вас их уже много в CAT5.

— труба

1

Ну, я не понимаю, как можно напрямую реализовать RS-485 на процессоре Atmega или ESP 32 без дополнительных преобразователей и оборудования, поэтому RS-232 - лучший выбор здесь. Будет использоваться только один переключатель уровня TTL.

— user3503519