NXP Semiconductors UM10204 - Page 63

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User manual Rev. 5 — 9 October 2012 63 of 64
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NXP Semiconductors
UM10204
I
2
C-bus specification and user manual
10. Contents
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2 I
2
C-bus features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.1 Designer benefits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.2 Manufacturer benefits. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.3 IC designer benefits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3 The I
2
C-bus protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3.1 Standard-mode, Fast-mode and
Fast-mode Plus I
2
C-bus protocols . . . . . . . . . . 6
3.1.1 SDA and SCL signals. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3.1.2 SDA and SCL logic levels. . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.1.3 Data validity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.1.4 START and STOP conditions . . . . . . . . . . . . . . 9
3.1.5 Byte format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.1.6 Acknowledge (ACK) and Not Acknowledge
(NACK) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.1.7 Clock synchronization. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.1.8 Arbitration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.1.9 Clock stretching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.1.10 The slave address and R/W
bit . . . . . . . . . . . 13
3.1.11 10-bit addressing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.1.12 Reserved addresses. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.1.13 General call address. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.1.14 Software reset. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.1.15 START byte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.1.16 Bus clear. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.1.17 Device ID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.2 Ultra Fast-mode I
2
C-bus protocol. . . . . . . . . . 23
3.2.1 USDA and USCL signals . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.2.2 USDA and USCL logic levels . . . . . . . . . . . . . 25
3.2.3 Data validity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.2.4 START and STOP conditions . . . . . . . . . . . . . 25
3.2.5 Byte format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.2.6 Acknowledge (ACK) and Not Acknowledge
(NACK) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.2.7 The slave address and R/W
bit . . . . . . . . . . . 27
3.2.8 10-bit addressing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.2.9 Reserved addresses in UFm . . . . . . . . . . . . . 29
3.2.10 General call address. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.2.11 Software reset. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.2.12 START byte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.2.13 Unresponsive slave reset . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.2.14 Device ID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4 Other uses of the I
2
C-bus communications
protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.1 CBUS compatibility. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.2 SMBus - System Management Bus . . . . . . . . 32
4.2.1 I
2
C/SMBus compliancy. . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.2.2 Time-out feature. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.2.3 Differences between SMBus 1.0 and
SMBus 2.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.3 PMBus - Power Management Bus. . . . . . . . . 34
4.4 Intelligent Platform Management Interface
(IPMI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4.5 Advanced Telecom Computing Architecture
(ATCA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.6 Display Data Channel (DDC). . . . . . . . . . . . . 35
5 Bus speeds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
5.1 Fast-mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
5.2 Fast-mode Plus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
5.3 Hs-mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
5.3.1 High speed transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
5.3.2 Serial data format in Hs-mode . . . . . . . . . . . . 38
5.3.3 Switching from F/S-mode to Hs-mode and
back . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
5.3.4 Hs-mode devices at lower speed modes . . . . 41
5.3.5 Mixed speed modes on one serial bus
system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.3.6 Standard, Fast-mode and Fast-mode Plus
transfer in a mixed-speed bus system . . . . . . 44
5.3.7 Hs-mode transfer in a mixed-speed bus
system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
5.3.8 Timing requirements for the bridge in a
mixed-speed bus system . . . . . . . . . . . . . . . . 45
5.4 Ultra Fast-mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
6 Electrical specifications and timing for I/O
stages and bus lines. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
6.1 Standard-, Fast-, and Fast-mode Plus
devices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
6.2 Hs-mode devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
6.3 Ultra Fast-mode devices . . . . . . . . . . . . . . . . 53
7 Electrical connections of I
2
C-bus devices
to the bus lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
7.1 Pull-up resistor sizing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
7.2 Operating above the maximum allowable
bus capacitance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
7.2.1 Reduced f
SCL
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
7.2.2 Higher drive outputs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
7.2.3 Bus buffers, multiplexers and switches . . . . . 56
7.2.4 Switched pull-up circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
7.3 Series protection resistors . . . . . . . . . . . . . . . 58
7.4 Input leakage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
7.5 Wiring pattern of the bus lines . . . . . . . . . . . . 60
8 Abbreviations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61