0，引言

PCIe这个话题太过庞大，今天说个轻松简单一点的话题：I2C。

所有I2C主题的文章都会收录在《深入浅出聊I2C》合集里，欢迎评阅。通过这个专集的阅读，你将成为I2C专家。

上图是I2C学习资料和标准（pdf格式），需要下载的朋友，请关注本微信公众号“硬件工程师宝典”，在对话框内回复“I2C”，将获取标准下载链接。其中“I2C_Spec_Rev7_2021_UM10204.pdf”这份文件是最新的I2C specification, 希望大家重点阅读。

几乎所有的电子设备都含有I2C总线。这个低速的串行总线几乎是每个硬件工程师的入门课程。搞懂它之后还可以迁移到其他的所有串行总线。因此，I2C总线简单而并非不重要。

I2C（Inter-Integrated Circuit），字面意思是集成电路之间，是一种串行通信总线，由飞利浦公司（现为恩智浦半导体）在1980年代发明，旨在解决电视机内部众多集成电路互连线复杂的问题，仅用两根线即可实现芯片间的互连通信。 I2C的正确读法是“I平方C”（"I-squared-C"），或“I二C”（"I-two-C"）。

一、历史起源

1982年： 飞利浦公司（Philips）首次发布I2C总线协议。 最初的I2C系统是一种简单的内部总线系统，主要用于控制飞利浦自家生产的芯片，最高速度为100 kbit/s。 I2C的发明者是Philips公司在1980年工作的开发工程师Ad P.M.M. Moelands和Herman Schutte。 I2C的内部开发名称最初是COMIC，后来改为I2C。

目的： 早期计算机体积庞大，连线复杂。 飞利浦公司为了解决电视机内部微控制器与PLL合成器、非易失性存储器、音频处理器、视频处理器、屏幕显示器等众多外围设备之间的数据传输问题，发明了I2C。 这种设计大大简化了硬件电路，减少了芯片引脚、PCB走线以及连接导线的数量，降低了IC芯片的体积、功耗和成本。

专利与授权： 飞利浦公司一方面利用I2C技术开发带有I2C功能的芯片并出售，另一方面将I2C专利技术授权给其他芯片制造商。 自2006年10月1日起，使用I2C协议已无需支付专利费，但制造商仍需付费以获取I2C从属设备地址。

二、版本信息

I2C协议经过多次修订和发展，以适应更高的速度和更低功耗的需求。下图是I2C版本变更历史。

1、原始版本 (1982年)：

最高速度：100 kbit/s。

主要用途：控制飞利浦生产的芯片。

2、版本 1.0 (1992年)：

新增：快速模式 (Fast-mode)，位速率达400 kbit/s，并向下兼容标准模式 (Standard-mode) 的0~100 kbit/s位速率。

新增：10比特地址模式，可容纳最多1008个节点。

删除：从机地址软件编程的内容和低速模式 (Low-speed mode) 的详细说明。

3、版本 2.0 (1998年)：

I2C总线已成为世界标准，授权给50多家公司，并在1000多种不同的IC中应用。

新增：高速模式 (High-speed)，位速率达3.4 Mbit/s，并向下兼容快速模式和标准模式。

增加对低电压2V或更低器件的支持，并兼容高电压器件。

删除了快速模式输出级的0.6V/6mA要求。

增加了新的器件使用总线电压相关电平替代固定电平的内容，并增加了双向电平转换器的应用。

4、版本 2.1 (2000年)： 对I2C总线规范的更新。

5、版本 3 (2007年6月19日)：

引入快速模式升级版 (Fast-mode Plus, Fm+)，将驱动强度提高了10倍，数据速率提高到1 Mbit/s，同时保持与快速模式和标准模式的速度以及软件命令的向下兼容性。

6、后续版本：

快速模式+ (Fast-mode Plus)： 1 Mbit/s。

超高速模式 (Ultra Fast-mode)： 5 Mbit/s。

其他修订版本如V4 (2012年2月13日)、V5 (2012年10月9日)、V6 (2014年4月4日) 等，主要涉及用户手册的更新和细节的修正。

三，I2C的速度

I2C bus的速度模式有：Standard-mode, Fast-mode, Fast-mode Plus, High-speed mode, Ultra Fast-mode，它们对应的速度如下表：

 四、I2C的特点：

两线制： 仅使用串行数据线data (SDA) 和串行时钟线clock (SCL) 两条线进行通信。

多主从架构： 允许一个主设备master和多个从设备slave，或多个主设备和多个从设备共存于同一总线。

半双工： 数据传输是半双工的，同时只有一个设备传输数据。

同步通信： 通信双方工作在同一个时钟下，通常由主设备提供时钟信号。

开漏输出： SDA和SCL线通常采用开漏输出，需要外部上拉电阻来确保逻辑高电平的稳定性。

地址寻址： 主设备通过发送从设备的地址来选择与之通信的从设备，常见的有7位地址和10位地址模式。

低速应用： 广泛应用于连接低速外设，如传感器、存储器、实时时钟等。

衍生技术： SMBus (System Management Bus) 和PMBus (Power Management Bus) 是I2C的子集，定义了更严格的使用规范，以提高鲁棒性和互操作性。 MIPI I3C提供了与I2C的向后兼容性、更高的速度和更低的功耗。

五，衍生技术

I2C的成功也催生了许多衍生协议，如SMBus（系统管理总线）和PMBus（电源管理总线），它们在I2C的基础上增加了更严格的规范和功能，以适应特定的应用需求，例如电源管理和系统健康监控。MIPI I3C也提供了与I2C的向后兼容性，并提供更高的速度和更低的功耗。

六， 抛砖引玉

I2C（Inter-Integrated Circuit）之所以如此重要，主要在于其设计理念和所带来的实际效益，使其成为嵌入式系统和各种电子设备中广泛采用的通信协议。

再接下来的文章中，我们将抽丝剥茧、融会贯通地学习和掌握I2C。

敬请关注下一篇：《I2C从入门到精通之二：I2C设备的硬件架构》

七，参考文献：

需要以下参考文献（I2C标准）的朋友，请关注本微信公众号“硬件工程师宝典”，在对话框内回复“I2C”，将获取标准下载连接。其中“I2C_Spec_Rev7_2021_UM10204.pdf”这份文件是最新的I2C specification, 希望大家重点阅读。

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