PCA9306使用時のLレベル上昇現象について

質問

現在NXP Semiconductor製PCA9306を使用したI2Cレベルシフタを試作しているのですが、通信中にLレベルが1.3V程度まで持ち上がる現象が発生しています。

構成は2つの機器を1対1で結ぶ形で、それぞれの機器にこのレベルシフタを取り付け、500mm程度のケーブルで相互接続しています。
機器側(VREF1)が3.3V系、ケーブル側(VREF2)が5.0Vです、GNDは共通です。回路図はPCA9306データシートに記載してあるものと同様ですが、SCL/SDAにサージ対策としてTVSダイオードをぶら下げています。

各機器は1kΩ程度の内蔵プルアップ抵抗を持っていますので、双方のSCL1/SDA1のプルアップ抵抗は未実装としてあり、SCL2/SDA2に560Ωを実装しています。約10mAのドライブ電流です。

添付画像が機器側(3.3V側)の波形です。ケーブル側(5.0V側)も電圧が違うだけで全く同じ波形をしています。
Lレベルが2段階に分かれており、高い方で1.3V程度、低い方で0.3V程度となっています。特にシンク能力不足という訳ではないと考えているのですが……。
なお波形画像ありませんが、電源電圧に特に揺れなどは確認出来ませんでした。

ほぼリファレンス構成にも関わらずこのような不具合が出て困っています。どなたか解決法などご存じないでしょうか。

回答No.2

kantaro1985 · ベストアンサー

どちらかの機器が、Hiレベル時にソース出力していないでしょうか？

HiレベルとLoレベルの信号衝突が発生しているように見えます。

私の予想では、機器B側のHiレベルがソース出力になっている気がするのですが。

I2Cでは、マスター、スレーブともにSDAはオープンコレクタ（又はオープンドレイン）でLoレベルだけを出力し、Hiレベルはプルアップだけで吊り上げられるようにして、出力端子からHiレベルをソース出力しないようにしなければなりません。

機器Bの出力端子設定に間違いがないか、確認してみて下さい。

お礼

ご回答ありがとうございます。
機器Bの設定を確認しましたが、ポートは確かにOpen-Drain設定となっていました。

ところで、本来I2Cレベルシフタ/バスバッファにはPCA9600Dを用いるべきと思うのですが、安価だという理由で純粋なレベルシフタであるPCA9306Dを採用しています。
用途外の構成であるから正常に信号伝達が行われず…というオチのような気がして、再設計を検討しています。

回答No.1

iijijii

機器側がマスタで間違いないですか？

補足

説明不足で申し訳ありません。
はい、機器側がマスタで間違いありません。
イメージとしては以下の通りです。
機器A -> レベルシフタ ===(cable)=== レベルシフタ -> 機器B

添付画像は機器A側で測定したものになります。

追加の情報ですが、どうやら機器AからのWriteもしくはACK時のみLレベルが上昇し、機器AのReadに対する機器Bのデータ(SDA)は正常なレベルが出ている様です。