O Zoológico do Conector: Ecossistemas I2C

Sep 14, 2023

I2C é uma interface maravilhosa. Com quatro fios e apenas dois GPIOs, você pode conectar vários sensores e dispositivos – em paralelo! Você verá o I2C usado basicamente em todos os lugares, em todos os telefones, laptops, desktops e qualquer dispositivo com mais do que alguns ICs dentro dele - e a maioria dos microcontroladores tem suporte I2C embutido em seu hardware. Como resultado, há uma infinidade de dispositivos interessantes e úteis com os quais você pode usar o I2C. Ocasionalmente, as empresas voltadas para fabricantes criam interfaces plug-and-play para os dispositivos I2C que produzem, com pinagens e conectores padronizados.

Seguir uma pinagem padrão é muito melhor do que inventar a sua própria, e sua experiência com pinagens de cabeçalho de pinos inconsistentes em módulos I2C genéricos da China certamente refletirá isso. Não seria maravilhoso se você pudesse simplesmente conectar um único conector I2C em um MPU9050, MLX90614 ou HMC5883L breakout que você comprou por alguns dólares, em oposição ao obstáculo usual de olhar para a serigrafia do módulo, soldando os cabeçalhos dos pinos nele? e organizando cuidadosamente os cabeçalhos femininos nos pinos corretos?

Como acontece com qualquer padrão, quando se trata de convenções I2C em um conector, você adivinharia corretamente que há mais de um, e todos eles têm seus prós e contras. Não são quinze, mas definitivamente são seis e meio! Eles são em sua maioria intercompatíveis, e usá-los significa que você pode acessar facilmente alguns periféricos bastante poderosos. Vamos começar com os dois ecossistemas que têm apenas pequenas diferenças e que você encontrará mais!

Existem dois ecossistemas de módulos I2C baseados em conectores JST-SH (1mm pitch) de quatro pinos, e eles são muito intercambiáveis! Um deles é o QWIIC da Sparkfun e o outro é o STEMMA QT da Adafruit (pronuncia-se 'cutie'). Ambos são fáceis de adicionar ao seu PCB, desde que você tenha alguns conectores JST-SH de quatro pinos prontos. Além disso, os conectores Adafruit e Sparkfun têm a mesma pinagem!

Os conectores utilizados são JST-SH, de montagem saliente, com passo de 1 mm. A família JST deles é SR/SH e o número da peça JST original é SM04B-SRSS-TB, mas você pode encontrar conectores baratos de terceiros com as mesmas dimensões no LCSC usando termos de pesquisa "1x4P SH 1mm". Tanto o QWIIC quanto o STEMMA têm páginas para consultar ao fazer seus próprios projetos. Agora, quais são as diferenças entre os dois?

O QWIIC se limita a 3,3 V tanto no host (ou seja, placa MCU, fornecendo energia) quanto no lado do dispositivo (ou seja, sensor, consumindo energia) – uma decisão razoável, simplificando muito as coisas. A esmagadora maioria dos dispositivos com os quais trabalhamos hoje em dia são de 3,3 V, a ponto de problemas de mudança de nível serem praticamente inéditos. Talvez a eventual mudança para 1,8 V agite isso, mas ainda não chegamos lá, e fatores como tensões diretas de LED exigirão algum tipo de referência maior que 1,8 V em nosso projeto quando chegarmos lá, de qualquer maneira. Portanto, potência de 3,3 V e dois sinais I2C de nível lógico de 3,3 V em um único conector – puro e simples. Provavelmente, você já pode adicionar o QWIIC ao seu sensor ou placa MCU - sem nenhum componente adicional necessário, exceto o próprio conector!

Em contraste, o STEMMA QT foi desenvolvido para expandir o possível valor educacional e de conveniência, em linha com outras ofertas da Adafruit. Dessa forma, permite hosts de 5 V – com dispositivos projetados para trabalhar na faixa de potência e nível lógico de 3,3 V-5 V, garantindo que seu Arduino Uno não fique de fora do jogo. Isso é possível porque cada módulo possui um regulador de tensão de baixa queda, como o AP2112K ou o MIC5219, que ajuda a manter as coisas quase 3,3 V quando você alimenta a placa com 3,3 V. O raciocínio é simples - além de hosts de 5 V como o Arduino Uno , você também pode querer encadear seus dispositivos STEMMA com alguns dispositivos que consomem muita energia, como servos experientes em I2C ou tiras RGB. Resumindo, conectar qualquer coisa em qualquer coisa, com qualquer tipo de corrente, não deve resultar na fuga de fumaça mágica – um evento raramente na lista TODO do projeto de um fabricante. Mais uma vantagem do STEMMA QT é a padronização dos tamanhos da placa do dispositivo, permitindo que você integre mecanicamente novos sensores no projeto antes mesmo de chegarem a você, e gerando hacks bacanas como este soquete hotswap imprimível em 3D STEMMA Qt!