TCA6416A GPIO扩展芯片手册

TCA6416A是一款由德州仪器（Texas Instruments）生产的具有低电压的16位I2C和SMBus I/O扩展器，并具备电压转换功能、中断输出、复位输入以及配置寄存器。这款芯片可以在1.65V到5.5V的I2C总线（VCCI）供电电压范围内以及1.65V到5.5V的P端口（VCCP）供电电压范围内工作。TCA6416A允许进行双向电压级别转换和GPIO扩展，适用于1.8V、2.5V、3.3V和5V的I2C总线和P端口之间的连接。 该芯片具有以下特性： 1. 1.65V到5.5V的I2C总线供电电压范围。 2. 在I2C总线和P端口之间进行双向电压级别转换和GPIO扩展。 3. 低待机电流消耗，仅为3微安。 4. 5V容忍的I/O端口。 5. 支持400kHz的快速I2C总线。 6. 硬件地址引脚允许在同一I2C/SMBus总线上连接两台TCA6416A设备。 7. 具有活跃低复位输入（RESET）功能。 8. 具有开漏极活跃低中断输出（INT）。 9. 内部电源上电复位功能。 10. 上电时所有通道配置为输入，启动时无误动作。 11. SCL/SDA输入具有噪声滤波器。 12. 具有高电流驱动能力的锁存输出。 13. 直接驱动LED的最大能力。 14. 每个通道的抗锁定性能超过JESD78规定的100毫安。 15. ESD保护，人体模型超过2000V，机器模型超过200V，充电设备模型超过1000V。 TCA6416A的应用场景包括服务器、路由器、个人计算机、个人电子产品（例如游戏机）、工业自动化设备以及那些具有有限GPIO端口的处理器产品。这款芯片广泛应用于各种需要增加I/O端口的场合，如开关、传感器、按钮、LED、风扇等。 在工作原理上，TCA6416A作为一款24脚芯片，提供了16位通用I/O端口的扩展，用于支持双线双向I2C总线（或SMBus）协议。芯片同时支持标准模式（100kHz）和快速模式（400kHz）的时钟频率。 此外，TCA6416A的配置寄存器允许用户软件配置每个I/O口的方向（输入或输出），并通过I2C总线对这些寄存器进行读写。I/O端口的中断输出（INT）是开漏输出，可为微控制器提供中断信号，以反映I/O口状态的变化。 硬件地址引脚（A0, A1, A2）允许用户设置硬件地址，这样可以在同一I2C总线上连接多达两片TCA6416A芯片，从而扩展I/O端口数量。复位输入（RESET）在低电平时会重置设备，以初始化所有I/O端口为输入状态，且不产生干扰。 为了提高设备的稳定性，TCA6416A具备内部上电复位功能，确保在上电时所有I/O端口都被设置为输入，并且没有启动错误。芯片还设计了噪声滤波器，用于SCL（时钟线）和SDA（数据线）输入，以减少噪声干扰。 TCA6416A的输出具有锁存功能，并具有高电流驱动能力，允许直接驱动LED等显示设备，而无需额外的驱动电路。芯片的ESD保护能力较强，能够承受较高的人体模型、机器模型和充电设备模型ESD冲击，确保在静电放电情况下芯片仍能正常工作。 在封装类型方面，TCA6416A有三种可供选择的封装形式，分别是TSSOP封装、WQFN封装和BGA Microstar Junior封装，均可以满足不同的应用需求。这三种封装形式有着各自不同的尺寸，以适应不同的空间要求和组装过程。 TCA6416A是一款适用于多种应用场景，具有丰富特性的I2C/SMBus I/O扩展器，它通过提供简单的解决方案来应对各种需求中对I/O端口的扩展。