Señal y potencia I2C a largo plazo (10 metros de cable)

Question

Después de algunas lecturas/pruebas me las arreglé para hacer una comunicación estable entre 2 dispositivos usando I2C con FTP CAT5 cable de par trenzado de cobre.

• Cable verde - SCL
• Alambre blanco/verde - GND
• Cable azul - SDA
• Alambre blanco/azul - GND

GND está conectado sólo en un extremo del cable, el reloj del bus I2C está a 10Khz y he usado resistencias de arranque de 10Kom a VCC

Funciona bien y es estable. Cuando decidí usar otros 2 pares de cable para la energía (+12V), dejó de funcionar. Probé +12V en un par GND en el otro par, también +12V/GND en el mismo par: mismo resultado, dejó de funcionar. Todo el bus I2C dejó de funcionar, otros dispositivos conectados a él también.

Me pregunto si puedo usar el mismo cable o ir a la opción más segura: otro cable para la energía.

Answer 1

Tal vez sea una exageración si antes funcionaba, pero una opción es utilizar un convertidor de I2C a diferencial como PCA9615 , LTC4331 etc. Si hacer las resistencias más pequeñas no funciona o necesitas alargar el cable, considera no usar I2C directamente.

No sólo se ampliará el alcance, sino que también tendrá una mejor inmunidad al ruido.

Answer 2

Como señalé en un comentario, es difícil de depurar sin un trazado de osciloscopio, pero lo primero que destaca de tu pregunta es la resistencia de pull-up de 10 kOhm. Esto es inusualmente alto para I2C, aunque podría funcionar fácilmente en muchos casos.

Yo probaría a bajarlos a 1 kOhm primero, para ver si afecta a algo. Si ayuda, puedes aumentarlos gradualmente, aunque esto afectará al tiempo de subida.

Answer 3

Es absolutamente necesario dejar caer las resistencias pullup en distancias largas, y 10m es una distancia larga y 10k Ohm es muy alta.

El valor de la resistencia de pullup está relacionado con tres cosas:

1. Capacidad del cable
2. Sentido de la tensión de apuntamiento y del nivel de Rx.
3. Velocidad

Pruebe a utilizar cualquiera de las calculadoras disponibles y comience su lectura aquí con la nota de aplicación de TI sobre los valores de pullup o aquí con el estándar NXP I2C (7.1).

En cuanto al problema que tienes, debería ser obvio que la conexión a tierra de los pares adicionales (12V,Gnd) en el cable cambiará la capacitancia a los hilos de la señal I2C.

Answer 4

Algunas notas:

Obtener los valores correctos de pull up es vital, sobre todo para la SDA. Diferentes dispositivos pueden hundir diferentes cantidades de corriente. He visto configuraciones que generan 1s extra en los datos debido a una resistencia de pull-up demasiado pequeña, después de cambiar a un chip sensor más pequeño. Las geometrías más pequeñas significaban que no podía tirar del bus hasta un cero limpio.

La velocidad mata. Un cable largo es efectivamente un filtro LRC de paso bajo. Para muchas aplicaciones I2C puedes reducir la velocidad del reloj sin perder nada. Un reloj más lento puede compensar un pull-up débil y una gran capacitancia (pero no un pull-up demasiado fuerte).

Las largas tiradas de cable son una invitación a la EMI. He visto una implementación de I2C que necesitaba una abrazadera de ferrita para pasar las pruebas de inmunidad. La terminación del extremo, el cable blindado o los filtros pueden ayudar.

Cuidado con la resistencia en paralelo. Si tienes un pull-up de 1k en el maestro, y luego un 1k en cada uno de los cuatro dispositivos cliente en el bus, entonces tienes un pull-up neto de 200 Ohm. No va a funcionar.

Answer 5

El Placa I2C de Sparkfun es una buena solución que cuenta con:

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