... fintanto che i segnali di abilitazione per i tre stati si escludono a vicenda ...

Il trucco è come farlo senza aggiungere un altro cavo o più cavi per indicare a ciascuna periferica quando è consentito guidare il bus.

Il vantaggio principale di I2C è che utilizza solo due fili e due pin su ciascun chip collegato al bus.

Se sei disposto a scambiare i pin per la velocità, considera l'utilizzo di SPI, che generalmente può raggiungere una velocità superiore a I2C, ma richiede 3 o 4 pin per dispositivo.

Ci sono due caratteristiche specifiche che richiedono linee di scarico aperte.Il primo è il clock-stretching, in cui uno slave può mantenere basso il clock (SCL) per ritardare la transazione mentre elabora i dati.Il secondo è l'arbitrato multi-master, in cui due o più master cercano di trasmettere contemporaneamente.L'arbitrato viene eseguito facendo in modo che un master interrompa la trasmissione quando vede la linea dati mantenuta bassa da un altro master.

L'arbitrato è quello più importante, credo.Probabilmente potresti sostituire il clock-stretching con qualcosa basato sul protocollo, ma se vuoi più master sullo stesso bus, devi evitare in qualche modo la contesa.A meno che tu non possa aggiungere un altro filo, sei bloccato con lo scarico aperto.(Vedi anche: il livello fisico CAN, che utilizza uno schema di arbitraggio simile.)

fintanto che i segnali di abilitazione per i tre stati si escludono a vicenda

Non c'è modo di accertarsene in I2C.Avresti bisogno di un segnale di abilitazione per dispositivo: ora hai inventato un cugino di SPI.

I protocolli che coinvolgono più dispositivi che comunicano su un bus comune utilizzando driver a tre stati generalmente richiedono l'aggiunta di un cavo di controllo esterno per prevenire conflitti di bus o driver di limitazione di corrente per evitare danni in caso di conflitto di bus. Mentre il livello di corrente di guasto che si può tollerare in caso di conflitto sul bus può essere superiore al livello di corrente che si potrebbe tollerare ogni volta che una linea è bassa, i driver bidirezionali a corrente limitata sono più complicati dei driver a collettore aperto combinati con pull-up passivi .

Se si è disposti ad accettare la spesa aggiuntiva dei driver con limitazione di corrente, ciò consentirà la progettazione di protocolli più veloci e più robusti di I2C. D'altra parte, l'aggiunta di driver active-high a un master I2C può consentire di ottenere vantaggi simili anche con I2C. Il raggiungimento di tali vantaggi in modo sicuro può richiedere l'aggiunta di resistori in serie sulla linea SDA tra il master e gli slave, ma se si utilizza un resistore separato tra il master e ogni slave, la capacità del master di guidare in alto la linea SDA come si vede da qualsiasi slave che non lo sta guidando attivamente verso il basso può consentire al master di riprendersi da scenari che altrimenti potrebbero causare il blocco permanente del bus (nessun singolo dispositivo può mantenere basso SCL continuamente per più di 9 cicli di SCL, quindi un master sarebbe in grado di generare una condizione di arresto per qualsiasi dispositivo entro 9 cicli, ma se due dispositivi potessero tenere premuta la linea SCL vista l'uno dall'altro, potrebbero entrare in uno stato in cui, a turno, abbassano SCL in modo che non vengono mai rilasciati, lasciando il master incapace di generare una condizione di stop.

La risposta REALE a questa domanda, come con la maggior parte delle domande simili, è perché questo è il modo in cui è stata progettata.L'estensione del clock e l'arbitrato del bus sono certamente validi, ma la soluzione è adeguata al suo scopo di progettazione, che è la comunicazione a bassa velocità a breve distanza (spesso a bordo).

Esistono molti protocolli più recenti e più veloci, che compromettono una certa complessità con velocità e distanza.Se ne hai bisogno usa uno di questi protocolli.

Sebbene I²C sia un protocollo relativamente moderno (~ 1982), prima di Tri-State o TTL (~ 1963) i primi IC usavano RTL e open-collector era il bus standard per i primi computer.(E potrei aggiungere una vera sfida ai designer.)

Open drain è una forma di driver di stato provato.È necessario qui per evitare conflitti logici, ad esempio lo schiavo che si tiene sul bus.