O Zoológico do Conector: Ecossistemas I2C

I2C é uma interface maravilhosa. Com quatro fios e apenas dois GPIOs, você pode conectar vários sensores e dispositivos – em paralelo! Você verá 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 integrado em seu hardware. Como resultado, há uma infinidade de dispositivos interessantes e úteis com os quais você pode usar o I2C. Ocasionalmente, empresas voltadas para fabricantes criam interfaces plug-and-play para os breakouts de 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 inconsistentes de cabeçalhos de pinos em módulos I2C genéricos da China certamente refletirá isso. Não seria maravilhoso se você pudesse simplesmente conectar um único conector de transporte I2C em um breakout MPU9050, MLX90614 ou HMC5883L 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 organizar 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 uma, e todas elas 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 apresentam apenas pequenas diferenças e que você encontrará com mais frequência!

Existem dois ecossistemas de módulos I2C baseados em conectores JST-SH de quatro pinos (passo de 1 mm) e 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, contanto que você tenha alguns conectores JST-SH de quatro pinos prontos. Além do mais – os conectores Adafruit e Sparkfun têm a mesma pinagem!

Os conectores utilizados são JST-SH, montagem em superfície, com passo de 1 mm. Sua família JST 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 os termos de pesquisa “1x4P SH 1mm”. Tanto o QWIIC quanto o STEMMA têm páginas para consultar ao fazer seus próprios designs. Agora, quais são as diferenças entre os dois?

O QWIIC se limita a 3,3 V tanto no lado do host (ou seja, placa MCU, fornecendo energia) quanto no lado do dispositivo (ou seja, sensor, consumindo energia) – uma decisão razoável, que simplifica muito as coisas. A esmagadora maioria dos dispositivos com os quais trabalhamos hoje em dia são de 3,3 V, a tal ponto que problemas de mudança de nível são praticamente inéditos. Talvez a eventual mudança para 1,8 V vá abalar isso, mas ainda não chegamos lá, e fatores como tensões diretas de LED exigirão algum tipo de referência superior a 1,8 V em nosso projeto quando chegarmos lá, de qualquer maneira. Portanto, alimentação 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 QWIIC ao seu sensor ou placa MCU – sem a necessidade de quaisquer componentes adicionais, exceto o próprio conector!

Em contraste, o STEMMA QT foi construído para expandir o possível valor educacional e de conveniência, em linha com outras ofertas da Adafruit. Como tal, permite hosts de 5 V – com dispositivos projetados para funcionar 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 quase 3,3 V quando você alimenta a placa com 3,3 V. O raciocínio é simples – exceto 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 com experiência 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 das placas dos dispositivos, permitindo que você integre mecanicamente novos sensores ao projeto antes mesmo que eles cheguem até você e gerando hacks bacanas como este soquete hotswap para impressão em 3D STEMMA Qt!