TCA6416ARTWR 产品概述

一、产品简介

TCA6416ARTWR 是德州仪器（TI）推出的一款 16 位 I/O 扩展器，采用 WQFN-24-EP (4×4) 封装，接口支持 I2C 与 SMBus，工作频率可达 400 kHz（Fast-mode）。器件工作电压范围 1.65 V ～ 5.5 V，工作温度范围 -40 ℃ ～ +85 ℃，适合多种电压域与工业级应用。

二、主要规格（概要）

• I/O 数量：16 位 GPIO
• 接口类型：I2C / SMBus（最大时钟 400 kHz）
• 支持设备数量：在同一总线上可配置为最多 2 个设备（地址配置限制）
• 中断输出：带中断输出，便于 MCU 事件驱动处理
• 输出类型：推挽式输出
• 电气参数：供电电流（静态 Iq）约 3 μA；输出高电平 VOH ≈ 4.1 V；输出低电平 VOL ≈ 200 mV
• 驱动能力：灌电流 IOL = 25 mA（汇流/下拉能力），拉电流 IOH = 10 mA（源电流能力）
• 封装：WQFN-24-EP (4×4)

三、功能亮点

• 16 路可编程输入/输出，适合按键矩阵、状态指示、GPIO 扩展等场景；通常分为两个 8 位端口，支持方向配置与寄存器读写管理（通过 I2C）。
• 中断输出可在输入状态变化时通知主控，降低 MCU 的轮询开销，适合低功耗唤醒设计。
• 宽电压范围（1.65–5.5 V）可直接与 1.8 V、3.3 V、5 V 系统接口，实现电平兼容设计。

四、典型应用

• 工业控制与监测面板：扩展开关/指示灯接口，满足电压与温度规范。
• 消费类与物联网终端：按键扫描、LED 驱动（注意单引脚电流限制）。
• 低功耗系统：静态电流仅 3 μA，适合电池供电设备用于 I/O 扩展且不显著增加静态功耗。

五、设计注意事项

• I2C 总线需要上拉电阻，依据系统电压和总线容量选择合适阻值；在 400 kHz 工作下关注总线电容与上拉选型以保证信号完整性。
• 虽然单个引脚可灌 25 mA，但同时多个引脚大电流输出会产生热耗与电源压降，建议在驱动较大负载（电机、强驱动 LED）时加入外部驱动器或 MOSFET。
• VOH ≈ 4.1 V 与 IOH = 10 mA 给出的是典型/保证条件下的输出能力，设计时留有裕量以满足总线与外设的逻辑门限。
• 中断线的连接方式、极性与去抖处理需在系统中明确（外加上拉或滤波），以避免毛刺触发。
• 封装带底盘（EP），建议在 PCB 布局中做好散热与接地处理，并在 VCC 附近放置去耦电容。

六、选型与替代

若系统需要更多地址配置或更多设备并联，注意该型号在同一总线上最多支持 2 个设备的限制；若需更大电流驱动或更多地址位，请参考同类 TI 系列或外加驱动器、I2C 多路复用器来扩展。

总结：TCA6416ARTWR 以其 16 路 I/O、宽工作电压、低静态电流和中断功能，适合在工业、消费与低功耗嵌入式系统中作为可靠的 GPIO 扩展方案。设计时重点考虑 I2C 总线布线与上拉、单/并发引脚电流限制以及封装的热/接地处理。