Arduino PCA9600

Отличный вопрос! PCA9600/PCA9601 — это очень полезные и популярные микросхемы от NXP Semiconductors, которые часто используются в проектах Arduino для решения проблемы связи между устройствами с разным напряжением логики по шине I²C.

Краткое описание и назначение

PCA9600/PCA9601 — это двунаправленный преобразователь уровней напряжения (level translator) и буфер для шины I²C и SMBus.

Основная задача: Позволяет соединять по I²C устройства, работающие на разных напряжениях питания (например, Arduino на 5В и датчик на 3.3В), без риска повредить низковольтные компоненты и обеспечивая корректные логические уровни.

Аналоги (для понимания): Часто его сравнивают с более известной PCA9306, но PCA9600 обладает ключевым преимуществом — встроенными подтягивающими резисторами на стороне каждого из напряжений, что упрощает схему.

Ключевые технические характеристики

• Принцип работы: Двунаправленный преобразователь для линий SDA (данные) и SCL (такт). Использует технологию "слабой фиксации" (weak latch) для автоматического определения направления передачи данных.
• Диапазоны напряжений:
  • Сторона A (V_CCA): от 0.9В до 5.5В
  • Сторона B (V_CCB): от 2.2В до 5.5В
  • Важно: V_CCA НЕ ДОЛЖНО превышать V_CCB.
• Встроенные подтягивающие резисторы: Есть на обеих сторонах (A и B). Это избавляет от необходимости добавлять внешние резисторы.
• Совместимость: Полная совместимость со стандартами I²C и SMBus.
• Частота: Поддерживает быстрый режим (Fast-mode) I²C до 400 кГц и быстрый режим плюс (Fast-mode Plus) до 1 МГц (для PCA9601).
• Статический ток потребления: Очень низкий, обычно менее 10 мкА.
• Защита: Встроенная защита от электростатического разряда (ESD).
• Корпус: Чаще всего TSSOP8 или HVSSOP8 (очень компактные, для поверхностного монтажа). Для прототипирования используют переходные платы (breakout board).

Парт-номера и отличия моделей

Существует две основные версии, отличающиеся максимальной скоростью и типом корпуса:

| Парт-номер | Макс. частота I²C | Ключевая особенность | Корпус (пример) | | :--- | :--- | :--- | :--- | | PCA9600 | 400 кГц (Fast-mode) | Базовая модель для большинства применений. | TSSOP8, SO8 | | PCA9601 | 1 МГц (Fast-mode Plus) | Высокоскоростная версия. | TSSOP8, HVSSOP8 |

Маркировка на чипе: Обычно будет написано просто "PCA9600" или "PCA9601".

Совместимые модели и аналоги

1. Прямые аналоги и серия PCA96xx от NXP:

• PCA9306: Ближайший и самый популярный аналог, но НЕ имеет встроенных подтягивающих резисторов. Их нужно добавлять вручную. Часто используется, если нужен контроль над номиналами подтяжек.
• PCA9515/PCA9517: Преобразователи уровня с буферизацией, предназначенные для расширения шины I²C и соединения нескольких сегментов. Имеют другие характеристики.
• TXS0102, TXB0102: Универсальные двунаправленные преобразователи от TI, которые также подходят для I²C, но не являются специализированными для этой шины.

2. Популярные модули для Arduino (на основе PCA9600/PCA9306):

Поскольку чип в корпусе TSSOP мал для пайки вручную, на рынке широко распространены готовые отладочные платы (breakout boards). Они часто маркируются по основному чипу:

• Модуль "PCA9306 Level Translator" — самый распространенный. Несмотря на название, на многих таких китайских модулях фактически установлен PCA9600 (из-за его удобства). Всегда проверяйте маркировку на самом чипе на плате.
• Модуль "I²C Logic Level Converter" или "Bi-Directional Logic Level Converter" на 2 канала. Часто в основе лежит PCA9306/PCA9600.
• Модули от Adafruit или SparkFun (например, TXB0104), но они чаще 4-канальные и на других чипах.

3. С чем совместим по напряжению (типовые сценарии с Arduino):

• Arduino Uno/Mega/Nano (5V) ↔ Датчик/Дисплей на 3.3V (например, BMP280, OLED-дисплей на SSD1306, ESP8266).
• Arduino Due/ESP32/ESP8266/Raspberry Pi (3.3V) ↔ Периферия на 5V (например, некоторые старые LCD-дисплеи, EEPROM-память).
• Связь между двумя микроконтроллерами с разным напряжением питания по I²C.

Как использовать с Arduino (кратко)

1. Подключение:

   • VccA -> Напряжение низковольтной стороны (например, 3.3V).
   • VccB -> Напряжение высоковольтной стороны (например, 5V от Arduino).
   • GND -> Общая земля (GND) для всех устройств.
   • SCL1, SDA1 -> К низковольтному устройству (например, датчик 3.3V).
   • SCL2, SDA2 -> К высоковольтному устройству (например, пины A4/SDA и A5/SCL на Arduino Uno).

2. В коде Arduino не требуется никаких специальных библиотек. Вы работаете с шиной I²C как обычно, используя библиотеку Wire.h. PCA9600 работает прозрачно для программного обеспечения.

#include <Wire.h>
// ... инициализация датчика как обычно
void setup() {
  Wire.begin(); // Для Arduino Master
  // Дальше обычный код для датчика
}

Итог

PCA9600/PCA9601 — это специализированное, простое и эффективное решение для объединения I²C-устройств с разным напряжением питания в проектах на Arduino. Его главные преимущества — широкий диапазон поддерживаемых напряжений, встроенные подтягивающие резисторы и полная прозрачность для программы. Для удобства прототипирования лучше всего приобрести готовый модуль на основе этого чипа.