PCAL6416A是一款16位通用I/O扩展器，通过I2C总线接口为大多数微控制器系列提供远程I/O扩展。

在保持互连最小化的同时需要额外的I/O时，NXP I/O扩展器提供简易的解决方案，例如，在用于连接传感器、按钮、键区等附件的电池供电移动应用中。除提供灵活的GPIO设置外，还简化了运行在一个电压级别上的处理器与工作在不同（通常更高）电压级别上的I/O器件之间的连接。PCAL6416A具备内置电平切换功能，使这些器件在需要在不兼容I/O电压之间进行通信的混合信号环境中极其灵活。其双电源轨上1.65 V至5.5 V的宽范围VDD允许与接口侧(SDA/SCL)的下一代低电压微处理器和微控制器以及端口侧的更高电压外设进行无缝通信。

PCAL6416A有两种供电电压：VDD（I2C总线）和VDD(P)。VDD（I2C总线）为主器件侧（例如，微控制器）的接口提供供电电压而VDD(P)为核心电路和端口P提供电源。PCAL6416A通过VDD（I2C总线）提供双向电压电平变换。VDD（I2C总线）应连接至外部SCL/SDA线路的VDD。这表示I2C总线至PCAL6416A的VDD电平，而PCAL6416A端口P上的电压电平由VDD(P)决定。

PCAL6416A包含四对8位配置、输入、输出和极性反转寄存器的PCA6416A寄存器组，另外，PCAL6416A还具备灵活I/O，这是专为增强I/O而设计的额外功能。这些额外功能是：可编程输出驱动强度、可闭锁输入、可编程上拉/下拉电阻、可屏蔽中断、中断状态寄存器、可编程开漏或推挽输出。PCAL6416A引脚对引脚取代PCA6416A，但是PCAL6416A上电时屏蔽所有I/O中断。这种屏蔽默认设置使得上电时板卡没有伪中断。

上电时，I/O均配置为输入。但是，系统主器件可通过写入I/O配置位将I/O用作输入或输出。每个输入或输出的数据保留在对应的输入或输出寄存器中。通过极性反转寄存器可反转输入端口寄存器的极性，保存外部逻辑门。可编程上拉和下拉电阻无需分离式组件。

通过在RESET输入中加入低电平，系统主器件可在超时或其他不当操作时使PCAL6416A复位。上电复位会将寄存器设为其默认状态并初始化I2C总线/SMBus状态机。RESET引脚可引发相同的复位/初始化而无需使部件断电。

当任何输入状态与其对应的输入端口寄存器状态不同时，会激活PCAL6416A开漏中断(INT)输出并用于通知系统主器件输入状态已改变。

INT可连接至微控制器的中断输入。通过在此线路上发送中断信号，远程I/O可通知微控制器其端口上是否存在输入数据而无需通过I2C总线通信。因此，PCAL6416A可依旧是简易的从器件。输入闭锁功能会保持或闭锁输入引脚状态并保持产生中断的逻辑值直至主器件能够处理中断。这使主机的中断服务响应最小化，从而实现快速移动输入。

器件端口P输出具有25 mA的灌电流能力，可在消耗低器件电流的同时直接驱动LED。

一个硬件引脚(ADDR)可用于对固定的I2C总线地址进行编程和改变，并允许最多两个器件共享相同的 I2C总线或SMBus。

• I2C总线至并行端口扩展器
• 1.65 V至5.5 V的工作电源电压范围
• 允许下列项目之间的双向电压电平变换和GPIO扩展：
  • 1.8 V SCL/SDA和1.8 V、2.5 V、3.3 V或5 V端口P
  • 2.5 V SCL/SDA和1.8 V、2.5 V、3.3 V或5 V端口P
  • 3.3 V SCL/SDA和1.8 V、2.5 V、3.3 V或5 V端口P
  • 5 V SCL/SDA和1.8 V、2.5 V、3.3 V或5 V端口P
• 低待机电流消耗：
  • 5 V VDD时典型为1.5 μA
  • 3.3 V VDD时典型值为1.0 μA
• 施密特触发器操作允许在SCL和SDA输入上进行缓慢输入转变并带来更好的切换噪音抗扰性
  • 1.8 V时Vhys = 0.18 V（典型）
  • 2.5 V时Vhys = 0.25 V（典型）
  • 3.3 V时Vhys = 0.33 V（典型）
  • 5 V时Vhys = 0.5 V（典型）
• I/O端口具有5 V耐受
• 低电平有效的复位输入(RESET)
• 开漏低电平有效的中断输出(INT)
• 400 kHz快速模式I2C总线
• 内部上电复位
• 上电时使所有通道配置为输入
• 上电时没有脉冲干扰
• SCL/SDA输入上有噪音滤波器
• 锁存输出具有25 mA的最大驱动能力，用于直接驱动LED
• 闭锁性能超过JESD 78，Class II规定的100 mA
• ESD保护超过JESD 22
  • 2000 V人体模型(A114-A)
  • 1000 V充电器件模型(C101)
• 提供封装：TSSOP24、HVQFN24、VFBGA24

灵活I/O功能

• 软件向后兼容上电时禁用中断的PCA6416A
• 引脚对引脚直接取代PCA6416A
• 输出端口配置：组可选推挽或开漏输出级
• 中断状态：只读寄存器会识别中断源
• 位元I/O编程功能：
  • 输出驱动强度：四种可编程驱动强度以减少低电容应用中的上升和下降时间
  • 输入闭锁：保持输入端口寄存器值变化直至读取输入端口寄存器
  • 上拉/下拉使能：浮动输入或上拉/下拉电阻使能
  • 上拉/下拉选择：100 kΩ上拉/下拉电阻选择
  • 中断屏蔽：屏蔽会防止输入状态更改时生成中断以防伪中断