■I2Cバスの負荷抵抗

　旧タイプのTMP102、新タイプのTMP102、I2C電圧レベル変換モジュールの各モジュールに、1kΩのプルアップ抵抗が接続されています。
　I2Cのバス・ラインの制御は、ハイ（"H"）の出力のときは、各モジュールすべてが出力をHIGHにしてバス・ラインを電源電圧のHIGHの状態にします。ロー（"L"）のときは、LOWを出力するモジュールが電流を吸い込み、バスに接続した負荷抵抗に電流を流し、負荷抵抗の電圧降下によりバスをLOWレベルの電圧レベルに下げます。

●I2CバスのHIGH、LOWレベルの電圧
　I2Cの入力電圧レベルは、

• 0.7×Vdd以上をHIGHとし
• 0.3×Vdd以下をLOW

とみなします。そのため出力レベルは、

• HIGHの出力では0.7×3.3V＝2.31V以上
• LOWの出力では0.3×3.3V=0.99V以下

にする必要があります。HIGHレベルは電源にバスが抵抗でプルアップされていますから、あまり苦労しなくともこの条件を満たせます。

●I2CバスをLOWにするための条件
　I2Cバスは抵抗でプルアップされているので、この抵抗の電圧降下で電圧レベルが0.99V以下になるだけの電流を流す能力が必要になります。

　3.3Vから0.99Vの規格上LOWのレベルまで電圧を下げるためには、1kΩのプルアップ抵抗1本で、

　　　　　　　
と2.31ｍAの電流を吸い込む能力が必要です。3本分だと6.93mA以上の電流を吸い込む必要があります。今回のテストではI2C電流変換モジュール、二つのTMP102モジュールに、それぞれ1kΩのプルアップ抵抗が接続されています。つまり3本の1kΩがプルアップ抵抗として接続されています。

●TMP102のバス・ドライブ能力
　TMP102は電源電圧が2V以上のとき、出力電圧が0.4Vで3mAの電流をプルアップ抵抗から吸い込むことができます。
　それ以上の電流が流れた場合については、データが見つかりませんでした。実際の回路の測定結果を示します。

●I2Cバスの様子
　TMP102をスレーブ・アドレス0x48に設定し、TMP102から測定温度を読み取ります。その時のI2Cバスの様子を次に示します。
　黄色がSDA信号で青色がSCLの信号の測定結果です。青のSCLの出力電圧はHIGHで約3.2V、LOWで0.6Vの電圧レベルです。このSCLは、基本的にはマスタのArduino側からの信号です。その信号をI2C電圧レベル変換モジュールで変換した出力で、同じ電圧レベルでそろっています。
　SDAの黄色のラインは、

• HIGHの電圧レベルは約3.2V
• LOWの電圧レベルは0.2～0.7Vくらい

の値になっています。

　旧タイプのTMP102のモジュールを外して、プルアップ抵抗を2本にしたときの状態を次に示します。
　SDA、SCLのHIGH、LOWの電圧レベルは、プルアップ抵抗3本のときとほとんど変わっていません。TMP102のバスのドライブ能力は思ったよりしっかりしていて、秋月電子通商で購入した、I2Cバス用双方向電圧レベル変換モジュールの搭載されているPCA9306と同等以上のドライブ能力がありそうです。

　今回、I2Cバスの信号レベルについてはI2Cの規格内に入ることを確認しました。次回この信号のフォーマット・タイミングについて確認し、Arduino、TMP102の間でどのようなやり取りを行っているかも確認します。

（2016/9/27 V1.0）

<神崎康宏>