I2Cバス用レベルシフタのMacSpiceを用いた回路シミュレーション

「BME280とArduinoを用いた温度・湿度・気圧の測定」[1]において、I2Cバス用[2]の双方向レベルシフタ[3]を使用し、その動作を確認した。
ここでは、上記のI2C用双方レベルシフタの電気信号波形を、MacSpice[4-5,6]を用いた回路シミュレーションで模擬することを試みた。
その結果について記す。

（１）I2C用双方レベルシフタの回路シミュレーション
回路シミュレーションに用いたI2C用双方レベルシフタの回路図[2,8-9]を、次に示す。


I2C用双方レベルシフタの回路図

M1はn-ch MOSFET[7]であり、しきい値電圧：VTH=0.7V、ゲート長：L=4μm、ゲート幅：W=600μmのモデルを使用して模擬した。
回路シミュレーションに用いたネットリスト（i2c-1.cir）は、参考文献[10]に示す。
MacSpice[4]を用いた回路シミュレーション結果は、次の通りである。


I2C用双方レベルシフタの電気信号波形

（２）MOSFETの静特性
上記の回路シミュレーションに用いたn-ch MOSFETの静特性についても、同様にMacSpice[4]にて模擬した。
その結果を次に示す。


MOSFETのId-Vds特性

使用したネットリスト(circuit2a.cir)は、参考文献[11]に示す。

（３）まとめ
I2C用双方レベルシフタの電気信号波形を、MacSpiceを用いて模擬することを試みた。

参考文献：
(1)BME280とArduinoを用いた温度・湿度・気圧の測定-goo blog
(2)I2C-Wikipedia
(3)FET搭載 I2C用双方向レベルシフタ
(4)MacSpice 3
(5)SPICE (ソフトウェア)-Wikipwdia
(6)Mac OSX用回路シミュレータMacSpice-goo blog
(7)MOSFET-Wikipedia
(8)異なる電圧レベル間でI2C　その２
(9)I2Cバスのレベルシフト
(10)I2Cレベルシフタ
(11)nMOS FET