低速信号设计之I3C篇

一、引言
在电子系统设计中，随着芯片集成度的不断提高以及系统复杂度的增加，对片间通信总线的性能要求也日益严苛。传统的 I2C 总线在面对现代应用需求时，逐渐显露出其局限性，如速度瓶颈、功耗较高以及对多主设备支持不足等问题。I3C（Improved Inter - Integrated Circuit）总线应运而生，作为新一代的低速串行通信总线，它在兼容 I2C 的基础上，进行了诸多革新，旨在为系统提供更高效、更灵活的通信解决方案，尤其在服务器等对性能和稳定性要求极高的应用场景中展现出独特优势。深入了解 I3C 总线的特性、工作原理及设计要点，对于优化系统性能、提升产品竞争力具有重要意义。
二、I3C 总线工作原理
2.1 物理层特性
I3C 总线在物理层设计上与传统 I2C 总线既有相似之处，又有显著改进。与 I2C 一样，I3C 主要通过两根线进行通信，即数据线 SDA 和时钟线 SCL。不同的是，I3C 在 SCL 线采用了推挽输出方式，相比 I2C 的开漏输出，推挽输出能够更快速地切换高低电平，这大大提高了时钟信号在高频下的切换速度，为更高的数据传输速率奠定了基础。而 SDA 线则保持开漏配置，与 I2C 兼容，依赖上拉电阻拉高电平。此外，部分 I3C 系统还引入了 SDA#差分信号线，这一设计极大地增强了信号的抗干扰能力，实测传输距离可延长至 15 米，有效提升了通信的可靠性，尤其适用于长距离或复杂电磁环境下的通信。
2.2 协议层机制
2.2.1 混合模式支持
I3C 总线支持三种工作模式：I2C 兼容模式、纯 I3C 模式和混合模式。在 I2C 兼容模式下，主机能够使用 I2C 协议与总线上的 I2C 设备进行通信，这确保了对大量现有 I2C 设备的兼容性，保护了用户的前期投资。纯 I3C 模式则充分发挥 I3C 的全部性能优势，适用于全 I3C 设备组成的系统。在混合模式下，I2C 和 I3C 设备可以共存于同一总线，这种灵活性使得系统在升级或扩展时更加便捷，能够逐步引入 I3C设备，而无需一次性替换所有的 I2C 设备。
2.2.2