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來源：本文編譯自Chip Interfaces ApS。

飛利浦半導體公司（現為恩智浦半導體公司）于 1980 年發明的 I2C（Inter-Integrated Circuit：內部集成電路）總線，在簡化嵌入式系統通信方面邁出了一大步。它是一種簡單的雙線接口，用于同步、多主/多從、單端串行通信。

45 年后，它仍然廣泛用于連接低速外設集成電路 (IC)、處理器和微控制器。但如今的硅片已經發生了變化，我們已經從 8 位 MCU 發展到多核 SOC，從簡單的傳感器發展到復雜的多模傳感器設備。對帶寬、延遲和功耗的需求都在增加，而這正是新型改進型總線變體得以發展的契機。

什么是I3C以及它為何重要？

I3C（Improved Inter-Integrated Circuit：改進型集成電路）是由MIPI 聯盟開發的一種總線，是一種基于 I2C 的雙線接口，并對其進行了改進以提高速度和效率。它旨在取代 I2C（以及部分 SPI），同時仍保持與 I2C 的向后兼容。它提供高達 12.5 MHz 的更高時鐘速度、無需額外線路的帶內中斷、動態尋址、雙數據速率和多通道操作（最高可達 100Mbps）、節能模式以及標準化命令集。它是專為現代嵌入式系統打造的更快、更精簡的繼任者，并正迅速成為 SoC 和 FPGA 設計人員的默認選擇。

為什么要過渡到I3C？I2C和I3C的比較？

I2C 的成功得益于其簡單的一條數據線 (SDA) 和一條時鐘線 (SCL) 以及主/從架構，總線上最多可連接 127 個設備。它不需要像 SPI 那樣每個設備都進行片選，這使其成為低引腳數封裝和簡化電路板布線的理想選擇。隨著技術的發展，SOC 變得越來越復雜，時間敏感的設計人員開始達到 I2C 的極限。線路速率和數據吞吐量經過多次迭代，包括 400 kbit/s 快速模式、1 Mbit/s 加快速模式、3.4 Mbit/s 高速模式和 5 Mbit/s 超快速模式。

盡管有這些改進，但線路速率仍不足以滿足當今對高速傳感器或復雜外設日益增長的需求。設計人員面臨著通過讓設備輪詢或使用單獨的 GPIO 線來實現中斷的挑戰，這破壞了雙線布線的簡單性。多控制器設置在仲裁方面很復雜，而且通常不受目標設備支持。

I3C 由 MIPI 聯盟開發，旨在解決這些限制，同時仍保持與傳統 I2C 設備的向后兼容性。能夠支持傳統傳感器并啟用新功能，這就是 I3C 對當今系統設計人員如此重要的原因。I3C 相對于 I2C 有很多關鍵優勢，其中最重要的是更高的吞吐量。在 SDR（單數據速率）模式下，其時鐘頻率高達 12.5MHz，即使在廣泛采用的快速模式下，其速度也比 I2C 快 10 倍，是 I2C 頂級超快速模式的兩倍多。

但它并沒有就此結束，因為 I3C 還可以在 HDR（高數據速率）模式下運行，將性能進一步推高至 100 Mbps。I3C 的動態尋址允許在總線初始化期間分配設備地址，這與 I2C 硬編碼或引腳可配置地址不同。這簡化了 PCB 設計并實現了更具可擴展性的系統。帶內中斷 (IBI) 的加入消除了對外部中斷線的需求，并允許目標設備通過同一雙線接口發出中斷以響應控制器活動，這使得 I3C 成為事件驅動架構的理想選擇。多種節能功能使其能夠實現更高的能效。熱連接允許設備在總線運行時動態加入總線，設備可以高效地進入睡眠狀態并被喚醒。此外，與 I2C 僅支持開漏操作不同，推挽信號傳輸的加入進一步降低了功耗。

在評估項目的 I3C IP 核時，請牢記以下幾點：符合最新的 MIPI I3C 規范（v1.1.1 或 v1.2）；向下兼容以實現無縫 I2C 回退（這對于混合環境至關重要）；可配置的角色（包括輔助主設備的動態角色切換）；支持 HDR，以便在傳輸大數據塊時充分利用更高的數據速率（HDR-DDR、HDR-TSP/TSL、HDR-BT）。向 I3C 的過渡可能是一個循序漸進的過程，尤其是在使用傳統設備的系統中。以下幾個指標表明是時候進行遷移了：您可能需要更高的帶寬；中斷所需的 GPIO 線路過多；您的設計對功耗敏感；或者您可能需要一個面向未來的協議來降低延遲和電路板復雜性。

結論

與 80 年代相比，如今的嵌入式系統速度更快、更復雜，功耗感知也更強。數十年來，I2C 一直是系統設計中不可或缺的接口，并經歷了多次迭代。I3C 正是為應對新挑戰而生，它不僅保留了我們熟悉的兩線式簡潔性，還兼具現代系統所需的性能。如果您正在構建下一個 ASIC 或為 FPGA 設計選擇外設， I3C 是一個很好的選擇，它不僅是一種更快的總線，而且是芯片間通信的絕佳基礎。

https://www.design-reuse.com/blog/56172-from-i2c-to-i3c-evolution-of-two-wire-communication-in-embedded-systems/

*免責聲明：本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點，半導體行業觀察轉載僅為了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯系半導體行業觀察。

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