PCAL6416A是一款16位通用I/O擴(kuò)展器，通過I2C總線接口為大多數(shù)微控制器系列提供遠(yuǎn)程I/O擴(kuò)展。

在保持互連最小化的同時需要額外的I/O時，NXP I/O擴(kuò)展器提供簡易的解決方案，例如，在用于連接傳感器、按鈕、鍵區(qū)等附件的電池供電移動應(yīng)用中。除提供靈活的GPIO設(shè)置外，還簡化了運行在一個電壓級別上的處理器與工作在不同（通常更高）電壓級別上的I/O器件之間的連接。PCAL6416A具備內(nèi)置電平切換功能，使這些器件在需要在不兼容I/O電壓之間進(jìn)行通信的混合信號環(huán)境中極其靈活。其雙電源軌上1.65 V至5.5 V的寬范圍VDD允許與接口側(cè)(SDA/SCL)的下一代低電壓微處理器和微控制器以及端口側(cè)的更高電壓外設(shè)進(jìn)行無縫通信。

PCAL6416A有兩種供電電壓：VDD（I2C總線）和VDD(P)。VDD（I2C總線）為主器件側(cè)（例如，微控制器）的接口提供供電電壓而VDD(P)為核心電路和端口P提供電源。PCAL6416A通過VDD（I2C總線）提供雙向電壓電平變換。VDD（I2C總線）應(yīng)連接至外部SCL/SDA線路的VDD。這表示I2C總線至PCAL6416A的VDD電平，而PCAL6416A端口P上的電壓電平由VDD(P)決定。

PCAL6416A包含四對8位配置、輸入、輸出和極性反轉(zhuǎn)寄存器的PCA6416A寄存器組，另外，PCAL6416A還具備靈活I(lǐng)/O，這是專為增強(qiáng)I/O而設(shè)計的額外功能。這些額外功能是：可編程輸出驅(qū)動強(qiáng)度、可閉鎖輸入、可編程上拉/下拉電阻、可屏蔽中斷、中斷狀態(tài)寄存器、可編程開漏或推挽輸出。PCAL6416A引腳對引腳取代PCA6416A，但是PCAL6416A上電時屏蔽所有I/O中斷。這種屏蔽默認(rèn)設(shè)置使得上電時板卡沒有偽中斷。

上電時，I/O均配置為輸入。但是，系統(tǒng)主器件可通過寫入I/O配置位將I/O用作輸入或輸出。每個輸入或輸出的數(shù)據(jù)保留在對應(yīng)的輸入或輸出寄存器中。通過極性反轉(zhuǎn)寄存器可反轉(zhuǎn)輸入端口寄存器的極性，保存外部邏輯門。可編程上拉和下拉電阻無需分離式組件。

通過在RESET輸入中加入低電平，系統(tǒng)主器件可在超時或其他不當(dāng)操作時使PCAL6416A復(fù)位。上電復(fù)位會將寄存器設(shè)為其默認(rèn)狀態(tài)并初始化I2C總線/SMBus狀態(tài)機(jī)。RESET引腳可引發(fā)相同的復(fù)位/初始化而無需使部件斷電。

當(dāng)任何輸入狀態(tài)與其對應(yīng)的輸入端口寄存器狀態(tài)不同時，會激活PCAL6416A開漏中斷(INT)輸出并用于通知系統(tǒng)主器件輸入狀態(tài)已改變。

INT可連接至微控制器的中斷輸入。通過在此線路上發(fā)送中斷信號，遠(yuǎn)程I/O可通知微控制器其端口上是否存在輸入數(shù)據(jù)而無需通過I2C總線通信。因此，PCAL6416A可依舊是簡易的從器件。輸入閉鎖功能會保持或閉鎖輸入引腳狀態(tài)并保持產(chǎn)生中斷的邏輯值直至主器件能夠處理中斷。這使主機(jī)的中斷服務(wù)響應(yīng)最小化，從而實現(xiàn)快速移動輸入。

器件端口P輸出具有25 mA的灌電流能力，可在消耗低器件電流的同時直接驅(qū)動LED。

一個硬件引腳(ADDR)可用于對固定的I2C總線地址進(jìn)行編程和改變，并允許最多兩個器件共享相同的 I2C總線或SMBus。

• I2C總線至并行端口擴(kuò)展器
• 1.65 V至5.5 V的工作電源電壓范圍
• 允許下列項目之間的雙向電壓電平變換和GPIO擴(kuò)展：
  • 1.8 V SCL/SDA和1.8 V、2.5 V、3.3 V或5 V端口P
  • 2.5 V SCL/SDA和1.8 V、2.5 V、3.3 V或5 V端口P
  • 3.3 V SCL/SDA和1.8 V、2.5 V、3.3 V或5 V端口P
  • 5 V SCL/SDA和1.8 V、2.5 V、3.3 V或5 V端口P
• 低待機(jī)電流消耗：
  • 5 V VDD時典型為1.5 μA
  • 3.3 V VDD時典型值為1.0 μA
• 施密特觸發(fā)器操作允許在SCL和SDA輸入上進(jìn)行緩慢輸入轉(zhuǎn)變并帶來更好的切換噪音抗擾性
  • 1.8 V時Vhys = 0.18 V（典型）
  • 2.5 V時Vhys = 0.25 V（典型）
  • 3.3 V時Vhys = 0.33 V（典型）
  • 5 V時Vhys = 0.5 V（典型）
• I/O端口具有5 V耐受
• 低電平有效的復(fù)位輸入(RESET)
• 開漏低電平有效的中斷輸出(INT)
• 400 kHz快速模式I2C總線
• 內(nèi)部上電復(fù)位
• 上電時使所有通道配置為輸入
• 上電時沒有脈沖干擾
• SCL/SDA輸入上有噪音濾波器
• 鎖存輸出具有25 mA的最大驅(qū)動能力，用于直接驅(qū)動LED
• 閉鎖性能超過JESD 78，Class II規(guī)定的100 mA
• ESD保護(hù)超過JESD 22
  • 2000 V人體模型(A114-A)
  • 1000 V充電器件模型(C101)
• 提供封裝：TSSOP24、HVQFN24、VFBGA24

靈活I(lǐng)/O功能

• 軟件向后兼容上電時禁用中斷的PCA6416A
• 引腳對引腳直接取代PCA6416A
• 輸出端口配置：組可選推挽或開漏輸出級
• 中斷狀態(tài)：只讀寄存器會識別中斷源
• 位元I/O編程功能：
  • 輸出驅(qū)動強(qiáng)度：四種可編程驅(qū)動強(qiáng)度以減少低電容應(yīng)用中的上升和下降時間
  • 輸入閉鎖：保持輸入端口寄存器值變化直至讀取輸入端口寄存器
  • 上拉/下拉使能：浮動輸入或上拉/下拉電阻使能
  • 上拉/下拉選擇：100 kΩ上拉/下拉電阻選擇
  • 中斷屏蔽：屏蔽會防止輸入狀態(tài)更改時生成中斷以防偽中斷