16비트 I/O 확장기 MCP23017T-E/SS의 성능 분석 및 설계 가이드

^{2025년 8월 21일 뉴스 — 지능형 산업 제어 및 IoT 터미널 장치의 급속한 발전을 배경으로, I/O 확장 칩 MCP23017T-E/SS는 뛰어난 기술 성능과 유연한 구성 가능성으로 인해 임베디드 시스템 설계에서 필수적인 구성 요소가 되었습니다. 고급 I²C 직렬 인터페이스 기술을 활용하여, 이 칩은 1.7V에서 5.5V까지의 넓은 전압 범위를 지원하며 최대 400kHz의 통신 속도를 달성하여 산업용 컨트롤러, 스마트 홈 시스템 및 인간-기계 상호 작용 장치에 효율적이고 안정적인 포트 확장 솔루션을 제공합니다. 고유한 다중 주소 선택 메커니즘을 통해 최대 8개의 장치를 직렬로 연결할 수 있으며, 강력한 인터럽트 기능을 통해 실시간 응답성을 확보하여 복잡한 시스템의 작동 효율성과 신뢰성을 크게 향상시킵니다.}

^{MCP23017T-E/SS는 10.2mm×5.3mm 크기의 소형 SSOP-28 패키지를 채택하여 공간 제약적인 응용 분야에 이상적입니다. 이 칩은 16개의 독립적으로 구성 가능한 양방향 I/O 포트를 통합하며, 두 개의 8비트 포트 그룹(A 및 B)으로 나뉘어 각 포트를 개별적으로 입력 또는 출력 모드로 프로그래밍할 수 있습니다. 표준 I²C 통신 프로토콜을 지원하며, 세 개의 하드웨어 핀(A0, A1, A2)을 통해 장치 주소를 구성하여 최대 8개의 장치가 동일한 버스에서 공존할 수 있습니다. -40℃에서 125℃까지의 산업 등급 작동 온도 범위를 통해 가혹한 환경에서도 안정적인 성능을 보장합니다. 이 칩은 IODIR(I/O 방향 제어), IPOL(입력 극성 반전) 및 GPINTEN(인터럽트 활성화)을 포함한 11개의 제어 레지스터를 통합하여 뛰어난 구성 유연성을 제공합니다.}

^{이 칩은 프로그래밍 가능한 풀업 저항(포트당 100kΩ), 인터럽트 출력 및 레벨 변경 감지 기능을 통합하여 5μs 이내의 인터럽트 응답으로 실시간 입력 모니터링을 가능하게 합니다. 대기 전류 소비는 1μA(일반)이며, 작동 전류는 700μA(최대)로 배터리 구동 장치에 특히 적합합니다. 5.5V 입력 허용 오차를 지원하여 3.3V 및 5V 시스템 모두와 완벽한 호환성을 보장합니다. 인터럽트 시스템은 INTCON 레지스터를 통해 구성 가능한 레벨 변경 인터럽트 및 비교 값 인터럽트의 두 가지 모드를 제공합니다. 또한 칩은 포트 그룹 A 및 B에 각각 해당하는 두 개의 독립적인 인터럽트 핀(INTA 및 INTB)을 제공하여 인터럽트 캐스케이딩 기능을 지원합니다. 이러한 기능은 MCP23017이 실시간 응답성이 필요한 제어 시스템에서 탁월한 성능을 발휘하도록 합니다.}

^{산업 자동화 분야에서 이 칩은 PLC 시스템의 디지털 I/O 확장에 널리 사용되어 칩당 16개의 추가 I/O 포인트를 제공하여 버튼, 스위치, 센서 및 표시기를 연결합니다. 스마트 홈 시스템에서는 다중 버튼 제어 패널, LED 디스플레이 구동 및 상태 표시를 가능하게 합니다. 소비자 가전 제품의 경우 게임 주변 장치, 스마트 리모컨 및 계측에 적합합니다. 주요 응용 분야는 다음과 같습니다.}

<sup>1. 산업용 콘솔용 버튼 매트릭스 스캔(8×8 매트릭스, 64개 키로 확장 가능) 2. 다중 채널 LED 상태 표시
3. 온도 센서 인터페이스
4. 릴레이 제어
5. 디지털 튜브 디스플레이 구동
6. IoT 게이트웨이에서 인터럽트 메커니즘을 통해 여러 센서의 연결성을 확장하고 저전력 작동을 가능하게 합니다.
IV. 기술 매개변수 사양</sup>

1. I²C 버스 호환성: 표준(100kHz) 및 고속(400kHz) 모드

<sup>2. ESD 보호: ≥4kV(인체 모델)
3. 전원 켜짐 재설정 전압: 1.5V(일반)
4. 대기 전류: 3.3V에서 1μA(일반)
5. 활성 전류: 5V, 400kHz에서 700μA(최대)
6. 입력 로직 하이 전압: 0.7×VDD(최소)
7. 입력 로직 로우 전압: 0.3×VDD(최대)
8. 출력 전압 스윙: 25mA에서 레일로부터 0.6V(최대)
신뢰성 특성:</sup>

^{1. 내구성: 100,000회 쓰기 사이클(최소)}

<sup>2. 데이터 보존: 20년(최소)
3. 래치업 면역: ±200mA(JESD78 표준)
V. 회로 설계 지침</sup>

^{전원 안정성을 보장하기 위해 VDD와 VSS 사이에 병렬 0.1μF 세라믹 디커플링 커패시터와 10μF 탄탈 커패시터를 배치합니다.}

^{I²C 버스 구성:}

^{4.7kΩ 풀업 저항(400kHz 모드용) 또는 2.2kΩ 풀업 저항(고속 모드용)을 연결합니다.}

주소 선택:

^{A0/A1/A2 핀을 통해 10kΩ 저항으로 장치 주소를 구성합니다(0은 접지, 1은 VDD).}

^{인터럽트 출력:}

^{100Ω 저항과 100pF 필터링 커패시터를 통해 인터럽트 출력 핀을 메인 컨트롤러에 연결합니다.}

^{GPIO 구성:}

^{포트가 입력으로 구성된 경우 내부 풀업 저항을 활성화합니다.}

^{LED 구동의 경우: 330Ω 전류 제한 저항을 직렬로 추가합니다.
릴레이 구동의 경우: 프리휠링 다이오드를 통합합니다.
재설정 회로:}

^{RESET 핀을 10kΩ 저항을 통해 VDD로 풀업합니다.}

선택 사항: 전원 켜짐 재설정 지연을 위해 100nF 커패시터를 추가합니다.
VI. 응용 회로 개략도

1. VDD 핀: 0.1μF 고주파 디커플링 커패시터와 10μF 저주파 필터 커패시터의 병렬 연결이 필요합니다.

2. I²C 버스: 통신 속도에 따라 풀업 저항 값을 선택해야 합니다.

<sup>표준 모드(100kHz): 4.7kΩ
고속 모드(400kHz): 2.2kΩ
3. 주소 선택 핀: 모든 주소 핀(A0/A1/A2)은 부동 상태를 방지하기 위해 저항을 통해 확실한 로직 레벨에 연결해야 합니다.</sup>

4. GPIO 포트:

^{LED를 구동할 때: 직렬 전류 제한 저항이 필요합니다.}

<sup>유도 부하를 구동할 때: 보호 다이오드를 추가해야 합니다.
5. 인터럽트 출력 라인: 전자파 간섭(EMI)을 줄이기 위해 트위스트 페어 배선을 권장합니다.</sup>

(참고: 명시적인 구성 요소 값과 표준화된 설계 용어를 사용하여 기술적 정확성을 유지합니다. 명확한 분류는 모든 중요한 설계 제약을 유지하면서 가독성을 보장합니다.)