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PCA9685

器件型号:PCA9685
器件类别:接口
文件大小:249.22KB,共0页
厂商名称:NXP [NXP Semiconductors]
厂商官网:http://www.nxp.com/
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器件描述

LED DISPLAY DRIVER,

发光二极管显示驱动,

参数

PCA9685功能数量 1
PCA9685端子数量 28
PCA9685最大工作温度 85 Cel
PCA9685最小工作温度 -40 Cel
PCA9685最大供电电压1 5.5 V
PCA9685最小供电电压1 2.3 V
PCA9685额定供电电压1 3 V
PCA9685加工封装描述 4.40 MM, ROHS COMPLIANT, PLASTIC, MO-153, SOT361-1, TSSOP-28
PCA9685无铅 Yes
PCA9685欧盟RoHS规范 Yes
PCA9685中国RoHS规范 Yes
PCA9685状态 ACTIVE
PCA9685包装形状 RECTANGULAR
PCA9685包装尺寸 SMALL OUTLINE, THIN PROFILE, SHRINK PITCH
PCA9685表面贴装 Yes
PCA9685端子形式 GULL WING
PCA9685端子间距 0.6500 mm
PCA9685端子涂层 NICKEL PALLADIUM GOLD
PCA9685端子位置 DUAL
PCA9685包装材料 PLASTIC/EPOXY
PCA9685温度等级 INDUSTRIAL
PCA9685最大-最小频率 1 MHz
PCA9685数据输入模式 SERIAL
PCA9685接口类型 LED DISPLAY DRIVER
PCA9685分段数量 16

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PCA9685器件文档内容

PCA9685

16-channel, 12-bit PWM Fm+ I2C-bus LED controller

Rev. 02 -- 16 July 2009  Product data sheet

1. General description

                              The PCA9685 is an I2C-bus controlled 16-channel LED controller optimized for LCD
                              Red/Green/Blue/Amber (RGBA) color backlighting applications. Each LED output has its
                              own 12-bit resolution (4096 steps) fixed frequency individual PWM controller that operates
                              at a programmable frequency from a typical of 40 Hz to 1000 Hz with a duty cycle that is
                              adjustable from 0 % to 100 % to allow the LED to be set to a specific brightness value.
                              All outputs are set to the same PWM frequency.

                              Each LED output can be off or on (no PWM control), or set at its individual PWM controller
                              value. The LED output driver is programmed to be either open-drain with a 25 mA current
                              sink capability at 5 V or totem pole with a 25 mA sink, 10 mA source capability at 5 V. The
                              PCA9685 operates with a supply voltage range of 2.3 V to 5.5 V and the inputs and
                              outputs are 5.5 V tolerant. LEDs can be directly connected to the LED output (up to
                              25 mA, 5.5 V) or controlled with external drivers and a minimum amount of discrete
                              components for larger current or higher voltage LEDs.

                              The PCA9685 is in the new Fast-mode Plus (Fm+) family. Fm+ devices offer higher
                              frequency (up to 1 MHz) and more densely populated bus operation (up to 4000 pF).

                              Although the PCA9635 and PCA9685 have many similar features, the PCA9685 has
                              some unique features that make it more suitable for applications such as LCD backlighting
                              and Ambilight:

                           The PCA9685 allows staggered LED output on and off times to minimize current

                                   surges. The on and off time delay is independently programmable for each of the
                                   16 channels. This feature is not available in PCA9635.

                           The PCA9685 has 4096 steps (12-bit PWM) of individual LED brightness control. The

                                   PCA9635 has only 256 steps (8-bit PWM).

                           When multiple LED controllers are incorporated in a system, the PWM pulse widths

                                   between multiple devices may differ if PCA9635s are used. The PCA9685 has a
                                   programmable prescaler to adjust the PWM pulse widths of multiple devices.

                           The PCA9685 has an external clock input pin that will accept user-supplied clock

                                   (50 MHz max.) in place of the internal 25 MHz oscillator. This feature allows
                                   synchronization of multiple devices. The PCA9635 does not have external clock input
                                   feature.

                           Like the PCA9635, PCA9685 also has a built-in oscillator for the PWM control.

                                   However, the frequency used for PWM control in the PCA9685 is adjustable from
                                   about 40 Hz to 1000 Hz as compared to the typical 97.6 kHz frequency of the
                                   PCA9635. This allows the use of PCA9685 with external power supply controllers. All
                                   bits are set at the same frequency.

                           The Power-On Reset (POR) default state of LEDn output pins is LOW in the case of

                                   PCA9685. It is HIGH for PCA9635.
NXP Semiconductors                         PCA9685

                    16-channel, 12-bit PWM Fm+ I2C-bus LED controller

                    The active LOW Output Enable input pin (OE) allows asynchronous control of the LED
                    outputs and can be used to set all the outputs to a defined I2C-bus programmable logic
                    state. The OE can also be used to externally `pulse width modulate' the outputs, which is
                    useful when multiple devices need to be dimmed or blinked together using software
                    control.

                    Software programmable LED All Call and three Sub Call I2C-bus addresses allow all or
                    defined groups of PCA9685 devices to respond to a common I2C-bus address, allowing
                    for example, all red LEDs to be turned on or off at the same time or marquee chasing
                    effect, thus minimizing I2C-bus commands. Six hardware address pins allow up to
                    62 devices on the same bus.

                    The Software Reset (SWRST) General Call allows the master to perform a reset of the
                    PCA9685 through the I2C-bus, identical to the Power-On Reset (POR) that initializes the
                    registers to their default state causing the outputs to be set LOW. This allows an easy and
                    quick way to reconfigure all device registers to the same condition via software.

2. Features

                    I 16 LED drivers. Each output programmable at:

                         N Off

                         N On

                         N Programmable LED brightness

                         N Programmable LED turn-on time to help reduce EMI
                    I 1 MHz Fast-mode Plus compatible I2C-bus interface with 30 mA high drive capability

                        on SDA output for driving high capacitive buses

                    I 4096-step (12-bit) linear programmable brightness per LED output varying from fully
                        off (default) to maximum brightness

                    I LED output frequency (all LEDs) typically varies from 40 Hz to 1000 Hz (Default of 1Eh
                        in PRE_SCALE register results in a 200 Hz refresh rate with oscillator clock of
                        25 MHz.)

                    I Sixteen totem pole outputs (sink 25 mA and source 10 mA at 5 V) with software
                        programmable open-drain LED outputs selection (default at totem pole). No input
                        function.

                    I Output state change programmable on the Acknowledge or the STOP Command to
                        update outputs byte-by-byte or all at the same time (default to `Change on STOP').

                    I Active LOW Output Enable (OE) input pin. LEDn outputs programmable to logic 1,
                        logic 0 (default at power-up) or `high-impedance' when OE is HIGH.

                    I 6 hardware address pins allow 62 PCA9685 devices to be connected to the same
                        I2C-bus

                    I Toggling OE allows for hardware LED blinking
                    I 4 software programmable I2C-bus addresses (one LED All Call address and three LED

                        Sub Call addresses) allow groups of devices to be addressed at the same time in any
                        combination (for example, one register used for `All Call' so that all the PCA9685s on
                        the I2C-bus can be addressed at the same time and the second register used for three
                        different addresses so that 1/3 of all devices on the bus can be addressed at the same
                        time in a group). Software enable and disable for these I2C-bus address.

                    I Software Reset feature (SWRST General Call) allows the device to be reset through
                        the I2C-bus

PCA9685_2           Rev. 02 -- 16 July 2009   NXP B.V. 2009. All rights reserved.

Product data sheet                                                2 of 50
NXP Semiconductors                                                PCA9685

                                           16-channel, 12-bit PWM Fm+ I2C-bus LED controller

                    I 25 MHz typical internal oscillator requires no external components
                    I External 50 MHz (max.) clock input
                    I Internal power-on reset
                    I Noise filter on SDA/SCL inputs
                    I Edge rate control on outputs
                    I No output glitches on power-up
                    I Supports hot insertion
                    I Low standby current
                    I Operating power supply voltage range of 2.3 V to 5.5 V
                    I 5.5 V tolerant inputs
                    I -40 C to +85 C operation
                    I ESD protection exceeds 2000 V HBM per JESD22-A114, 200 V MM per

                        JESD22-A115 and 1000 V CDM per JESD22-C101
                    I Latch-up testing is done to JEDEC Standard JESD78 which exceeds 100 mA
                    I Packages offered: TSSOP28, HVQFN28

3. Applications

                              I RGB or RGBA LED drivers
                              I LED status information
                              I LED displays
                              I LCD backlights
                              I Keypad backlights for cellular phones or handheld devices

4. Ordering information

Table 1. Ordering information

Type number         Topside mark  Package
                                  Name
PCA9685PW           PCA9685PW     TSSOP28  Description                                     Version
                                                                                           SOT361-1
PCA9685PW/Q900[1] PCA9685PW       TSSOP28  plastic thin shrink small outline package;
                                           28 leads; body width 4.4 mm                     SOT361-1
PCA9685BS           PCA9685BS     HVQFN28
                                           plastic thin shrink small outline package;      SOT788-1
                                           28 leads; body width 4.4 mm

                                           plastic thermal enhanced very thin quad flat
                                           package; no leads; 28 terminals;
                                           body 6 6 0.85 mm

[1] PCA9685PW/Q900 is AEC-Q100 compliant. Contact i2c.support@nxp.com for PPAP.

PCA9685_2                         Rev. 02 -- 16 July 2009                                  NXP B.V. 2009. All rights reserved.

Product data sheet                                                                                              3 of 50
NXP Semiconductors                                                                  PCA9685

5. Block diagram                                             16-channel, 12-bit PWM Fm+ I2C-bus LED controller

                                          A0 A1 A2 A3 A4 A5

     SCL   PCA9685                                            I2C-BUS
     SDA                    INPUT FILTER                     CONTROL
      VDD
      VSS                     POWER-ON                                                                 VDD
                                 RESET
EXTCLK
       OE                                                                  LED
                                                                          STATE
                                                                        SELECT
                                                                       REGISTER

                       PRESCALE                 PWM                                                               LEDn
                                          REGISTER X
                                          BRIGHTNESS

                                            CONTROL

              25 MHz   CLOCK                                                                     MUX/
           OSCILLATOR  SWITCH                                                                 CONTROL

                                                                       '0' permanently OFF
                                                                       '1' permanently ON

                                                                                                       002aac824

             Remark: Only one LED output shown for clarity.
Fig 1. Block diagram of PCA9685

PCA9685_2                                 Rev. 02 -- 16 July 2009                                       NXP B.V. 2009. All rights reserved.

Product data sheet                                                                                                          4 of 50
NXP Semiconductors                                                         PCA9685

6. Pinning information                              16-channel, 12-bit PWM Fm+ I2C-bus LED controller

                  6.1 Pinning

                       A0 1                         28 VDD        terminal 1        28 A2
                       A1 2                         27 SDA        index area             27 A1
                       A2 3                         26 SCL                                    26 A0
                       A3 4                         25 EXTCLK                 A3 1                 25 VDD
                       A4 5                         24 A5                     A4 2                      24 SDA
                    LED0 6                          23 OE                 LED0 3                             23 SCL
                    LED1 7                          22 LED15              LED1 4                                   22 EXTCLK
                    LED2 8                          21 LED14              LED2 5
                    LED3 9           PCA9685PW      20 LED13              LED3 6    PCA9685BS                                 21 A5
                    LED4 10      PCA9685PW/Q900     19 LED12              LED4 7                                              20 OE
                    LED5 11                         18 LED11                                                                  19 LED15
                    LED6 12                         17 LED10                                                                  18 LED14
                    LED7 13                         16 LED9                                                                   17 LED13
                      VSS 14                        15 LED8                                                                   16 LED12
                                                                                                                              15 LED11

                                                                                    LED5 8                                    002aad236
                                                                                         LED6 9
                                                                                              LED7 10

                                                                                                   VSS 11
                                                                                                        LED8 12
                                                                                                             LED9 13
                                                                                                                   LED10 14

                                         002aac825                                  Transparent top view

                    Fig 2. Pin configuration for TSSOP28          Fig 3. Pin configuration for HVQFN28

                    6.2 Pin description

                    Table 2.  Pin description
                    Symbol
                              Pin                   Type          Description
                    A0
                    A1        TSSOP28 HVQFN28       I             address input 0
                    A2                              I             address input 1
                    A3        1          26         I             address input 2
                    A4                              I             address input 3
                    LED0      2          27         I             address input 4
                    LED1                            O             LED driver 0
                    LED2      3          28         O             LED driver 1
                    LED3                            O             LED driver 2
                    LED4      4          1          O             LED driver 3
                    LED5                            O             LED driver 4
                    LED6      5          2          O             LED driver 5
                    LED7                            O             LED driver 6
                    VSS       6          3          O             LED driver 7
                    LED8                            power supply  supply ground
                    LED9      7          4          O             LED driver 8
                    LED10                           O             LED driver 9
                    LED11     8          5          O             LED driver 10
                                                    O             LED driver 11
                              9          6

                              10         7

                              11         8

                              12         9

                              13         10

                              14         11[1]

                              15         12

                              16         13

                              17         14

                              18         15

PCA9685_2                                Rev. 02 -- 16 July 2009                     NXP B.V. 2009. All rights reserved.

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                                               16-channel, 12-bit PWM Fm+ I2C-bus LED controller

                    Table 2.  Pin description ...continued
                    Symbol
                              Pin              Type                Description
                    LED12
                    LED13     TSSOP28 HVQFN28                      LED driver 12
                    LED14                                          LED driver 13
                    LED15     19   16          O                   LED driver 14
                    OE                                             LED driver 15
                    A5        20   17          O                   active LOW output enable
                    EXTCLK                                         address input 5
                    SCL       21   18          O                   external clock input[2]
                    SDA                                            serial clock line
                    VDD       22   19          O                   serial data line
                                                                   supply voltage
                              23   20          I

                              24   21          I

                              25   22          I

                              26   23          I

                              27   24          I/O

                              28   25          power supply

                    [1] HVQFN28 package die supply ground is connected to both VSS pin and exposed center pad. VSS pin must
                          be connected to supply ground for proper device operation. For enhanced thermal, electrical, and board
                          level performance, the exposed pad needs to be soldered to the board using a corresponding thermal pad
                          on the board and for proper heat conduction through the board, thermal vias need to be incorporated in the
                          PCB in the thermal pad region.

                    [2] This pin must be grounded when this feature is not used.

7. Functional description

                    Refer to Figure 1 "Block diagram of PCA9685".

7.1 Device addresses

          Following a START condition, the bus master must output the address of the slave it is
          accessing.

          There are a maximum of 64 possible programmable addresses using the 6 hardware
          address pins. Two of these addresses, Software Reset and LED All Call, cannot be used
          because their default power-up state is ON, leaving a maximum of 62 addresses. Using
          other reserved addresses, as well as any other subcall address, will reduce the total
          number of possible addresses even further.

7.1.1 Regular I2C-bus slave address
          The I2C-bus slave address of the PCA9685 is shown in Figure 4. To conserve power, no
          internal pull-up resistors are incorporated on the hardware selectable address pins and
          they must be pulled HIGH or LOW.

          Remark: Using reserved I2C-bus addresses will interfere with other devices, but only if the
          devices are on the bus and/or the bus will be open to other I2C-bus systems at some later
          date. In a closed system where the designer controls the address assignment these
          addresses can be used since the PCA9685 treats them like any other address. The
          LED All Call, Software Reset and PCA9564 or PCA9665 slave address (if on the bus) can
          never be used for individual device addresses.

          PCA9685 LED All Call address (1110 000) and Software Reset (0000 0110) which

               are active on start-up

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                                                 16-channel, 12-bit PWM Fm+ I2C-bus LED controller

                     PCA9564 (0000 000) or PCA9665 (1110 000) slave address which is active on

                       start-up

                     `reserved for future use' I2C-bus addresses (0000 011, 1111 1XX)
                     slave devices that use the 10-bit addressing scheme (1111 0XX)
                     slave devices that are designed to respond to the General Call address (0000 000)

                       which is used as the software reset address

                     High-speed mode (Hs-mode) master code (0000 1XX)

                                                 slave address

                                          1 A5 A4 A3 A2 A1 A0 R/W

                                          fixed  hardware selectable
                                                                                   002aad168

                    Fig 4. Slave address

                    The last bit of the address byte defines the operation to be performed. When set to logic 1
                    a read is selected, while a logic 0 selects a write operation.

7.1.2 LED All Call I2C-bus address

          Default power-up value (ALLCALLADR register): E0h or 1110 000X
          Programmable through I2C-bus (volatile programming)
          At power-up, LED All Call I2C-bus address is enabled. PCA9685 sends an ACK when

               E0h (R/W = 0) or E1h (R/W = 1) is sent by the master.

          See Section 7.3.7 "ALLCALLADR, LED All Call I2C-bus address" for more detail.

          Remark: The default LED All Call I2C-bus address (E0h or 1110 000X) must not be used
          as a regular I2C-bus slave address since this address is enabled at power-up. All the
          PCA9685s on the I2C-bus will acknowledge the address if sent by the I2C-bus master.

7.1.3 LED Sub Call I2C-bus addresses

          3 different I2C-bus addresses can be used
          Default power-up values:

                SUBADR1 register: E2h or 1110 001X
                SUBADR2 register: E4h or 1110 010X
                SUBADR3 register: E8h or 1110 100X

          Programmable through I2C-bus (volatile programming)
          At power-up, Sub Call I2C-bus addresses are disabled. PCA9685 does not send an

               ACK when E2h (R/W = 0) or E3h (R/W = 1), E4h (R/W = 0) or E5h (R/W = 1), or
               E8h (R/W = 0) or E9h (R/W = 1) is sent by the master.

          See Section 7.3.6 "SUBADR1 to SUBADR3, I2C-bus subaddress 1 to 3" for more detail.

          Remark: The default LED Sub Call I2C-bus addresses may be used as regular I2C-bus
          slave addresses as long as they are disabled.

PCA9685_2                                 Rev. 02 -- 16 July 2009                              NXP B.V. 2009. All rights reserved.

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                            16-channel, 12-bit PWM Fm+ I2C-bus LED controller

7.1.4 Software Reset I2C-bus address

          The address shown in Figure 5 is used when a reset of the PCA9685 needs to be
          performed by the master. The Software Reset address (SWRST Call) must be used with
          R/W = logic 0. If R/W = logic 1, the PCA9685 does not acknowledge the SWRST. See
          Section 7.6 "Software reset" for more detail.

                                                                                                                                           R/W

                                                                                          00000110
                                                                                                                                                     002aab416

                               Fig 5. Software Reset address

                            Remark: The Software Reset I2C-bus address is a reserved address and cannot be used
                            as a regular I2C-bus slave address or as an LED All Call or LED Sub Call address.

                    7.2 Control register

                            Following the successful acknowledgement of the slave address, LED All Call address or
                            LED Sub Call address, the bus master will send a byte to the PCA9685, which will be
                            stored in the Control register.

                            This register is used as a pointer to determine which register will be accessed.

                            D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
                                                                              002aac826

                    Fig 6.  reset state = 00h
                            Remark: The Control register does not apply to the Software Reset I2C-bus address.
                            Control register

PCA9685_2                   Rev. 02 -- 16 July 2009                                       NXP B.V. 2009. All rights reserved.

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                                              16-channel, 12-bit PWM Fm+ I2C-bus LED controller

                    7.3 Register definitions

Table 3. Register summary

Register Register   D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Name    Type        Function

#          # (hex)

(decimal)

0          00       0 0 0 0 0 0 0 0 MODE1           read/write  Mode register 1
                                                    read/write
1          01       0 0 0 0 0 0 0 1 MODE2           read/write  Mode register 2
                                                    read/write  I2C-bus subaddress 1
2          02       0 0 0 0 0 0 1 0 SUBADR1         read/write  I2C-bus subaddress 2
                                                    read/write  I2C-bus subaddress 3
3          03       0 0 0 0 0 0 1 1 SUBADR2         read/write  LED All Call I2C-bus
                                                    read/write  address
4          04       0 0 0 0 0 1 0 0 SUBADR3         read/write
                                                    read/write  LED0 output and
5          05       0 0 0 0 0 1 0 1 ALLCALLADR      read/write  brightness control byte 0
                                                    read/write
6          06       0 0 0 0 0 1 1 0 LED0_ON_L       read/write  LED0 output and
                                                    read/write  brightness control byte 1
7          07       0 0 0 0 0 1 1 1 LED0_ON_H       read/write
                                                    read/write  LED0 output and
8          08       0 0 0 0 1 0 0 0 LED0_OFF_L      read/write  brightness control byte 2
                                                    read/write
9          09       0 0 0 0 1 0 0 1 LED0_OFF_H      read/write  LED0 output and
                                                    read/write  brightness control byte 3
10         0A       0 0 0 0 1 0 1 0 LED1_ON_L       read/write
                                                    read/write  LED1 output and
11         0B       0 0 0 0 1 0 1 1 LED1_ON_H                   brightness control byte 0

12         0C       0 0 0 0 1 1 0 0 LED1_OFF_L                  LED1 output and
                                                                brightness control byte 1
13         0D       0 0 0 0 1 1 0 1 LED1_OFF_H
                                                                LED1 output and
14         0E       0 0 0 0 1 1 1 0 LED2_ON_L                   brightness control byte 2

15         0F       0 0 0 0 1 1 1 1 LED2_ON_H                   LED1 output and
                                                                brightness control byte 3
16         10       0 0 0 1 0 0 0 0 LED2_OFF_L
                                                                LED2 output and
17         11       0 0 0 1 0 0 0 1 LED2_OFF_H                  brightness control byte 0

18         12       0 0 0 1 0 0 1 0 LED3_ON_L                   LED2 output and
                                                                brightness control byte 1
19         13       0 0 0 1 0 0 1 1 LED3_ON_H
                                                                LED2 output and
20         14       0 0 0 1 0 1 0 0 LED3_OFF_L                  brightness control byte 2

21         15       0 0 0 1 0 1 0 1 LED3_OFF_H                  LED2 output and
                                                                brightness control byte 3

                                                                LED3 output and
                                                                brightness control byte 0

                                                                LED3 output and
                                                                brightness control byte 1

                                                                LED3 output and
                                                                brightness control byte 2

                                                                LED3 output and
                                                                brightness control byte 3

PCA9685_2                  Rev. 02 -- 16 July 2009               NXP B.V. 2009. All rights reserved.

Product data sheet                                                                   9 of 50
NXP Semiconductors                                             PCA9685

                                        16-channel, 12-bit PWM Fm+ I2C-bus LED controller

Table 3. Register summary ...continued

Register Register   D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Name                 Type        Function

#          # (hex)

(decimal)

22         16       0 0 0 1 0 1 1 0 LED4_ON_L                    read/write  LED4 output and
                                                                 read/write  brightness control byte 0
23         17       0 0 0 1 0 1 1 1 LED4_ON_H                    read/write
                                                                 read/write  LED4 output and
24         18       0 0 0 1 1 0 0 0 LED4_OFF_L                   read/write  brightness control byte 1
                                                                 read/write
25         19       0 0 0 1 1 0 0 1 LED4_OFF_H                   read/write  LED4 output and
                                                                 read/write  brightness control byte 2
26         1A       0 0 0 1 1 0 1 0 LED5_ON_L                    read/write
                                                                 read/write  LED4 output and
27         1B       0 0 0 1 1 0 1 1 LED5_ON_H                    read/write  brightness control byte 3
                                                                 read/write
28         1C       0 0 0 1 1 1 0 0 LED5_OFF_L                   read/write  LED5 output and
                                                                 read/write  brightness control byte 0
29         1D       0 0 0 1 1 1 0 1 LED5_OFF_H                   read/write
                                                                 read/write  LED5 output and
30         1E       0 0 0 1 1 1 1 0 LED6_ON_L                    read/write  brightness control byte 1
                                                                 read/write
31         1F       0 0 0 1 1 1 1 1 LED6_ON_H                    read/write  LED5 output and
                                                                 read/write  brightness control byte 2
32         20       0 0 1 0 0 0 0 0 LED6_OFF_L
                                                                             LED5 output and
33         21       0 0 1 0 0 0 0 1 LED6_OFF_H                               brightness control byte 3

34         22       0 0 1 0 0 0 1 0 LED7_ON_L                                LED6 output and
                                                                             brightness control byte 0
35         23       0 0 1 0 0 0 1 1 LED7_ON_H
                                                                             LED6 output and
36         24       0 0 1 0 0 1 0 0 LED7_OFF_L                               brightness control byte 1

37         25       0 0 1 0 0 1 0 1 LED7_OFF_H                               LED6 output and
                                                                             brightness control byte 2
38         26       0 0 1 0 0 1 1 0 LED8_ON_L
                                                                             LED6 output and
39         27       0 0 1 0 0 1 1 1 LED8_ON_H                                brightness control byte 3

40         28       0 0 1 0 1 0 0 0 LED8_OFF_L                               LED7 output and
                                                                             brightness control byte 0
41         29       0 0 1 0 1 0 0 1 LED8_OFF_H
                                                                             LED7 output and
                                                                             brightness control byte 1

                                                                             LED7 output and
                                                                             brightness control byte 2

                                                                             LED7 output and
                                                                             brightness control byte 3

                                                                             LED8 output and
                                                                             brightness control byte 0

                                                                             LED8 output and
                                                                             brightness control byte 1

                                                                             LED8 output and
                                                                             brightness control byte 2

                                                                             LED8 output and
                                                                             brightness control byte 3

PCA9685_2                               Rev. 02 -- 16 July 2009               NXP B.V. 2009. All rights reserved.

Product data sheet                                                                              10 of 50
NXP Semiconductors                                             PCA9685

                                        16-channel, 12-bit PWM Fm+ I2C-bus LED controller

Table 3. Register summary ...continued

Register Register   D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Name                 Type        Function

#          # (hex)

(decimal)

42         2A       0 0 1 0 1 0 1 0 LED9_ON_L                    read/write  LED9 output and
                                                                 read/write  brightness control byte 0
43         2B       0 0 1 0 1 0 1 1 LED9_ON_H                    read/write
                                                                 read/write  LED9 output and
44         2C       0 0 1 0 1 1 0 0 LED9_OFF_L                   read/write  brightness control byte 1
                                                                 read/write
45         2D       0 0 1 0 1 1 0 1 LED9_OFF_H                   read/write  LED9 output and
                                                                 read/write  brightness control byte 2
46         2E       0 0 1 0 1 1 1 0 LED10_ON_L                   read/write
                                                                 read/write  LED9 output and
47         2F       0 0 1 0 1 1 1 1 LED10_ON_H                   read/write  brightness control byte 3
                                                                 read/write
48         30       0 0 1 1 0 0 0 0 LED10_OFF_L                  read/write  LED10 output and
                                                                 read/write  brightness control byte 0
49         31       0 0 1 1 0 0 0 1 LED10_OFF_H                  read/write
                                                                 read/write  LED10 output and
50         32       0 0 1 1 0 0 1 0 LED11_ON_L                   read/write  brightness control byte 1
                                                                 read/write
51         33       0 0 1 1 0 0 1 1 LED11_ON_H                   read/write  LED10 output and
                                                                 read/write  brightness control byte 2
52         34       0 0 1 1 0 1 0 0 LED11_OFF_L
                                                                             LED10 output and
53         35       0 0 1 1 0 1 0 1 LED11_OFF_H                              brightness control byte 3

54         36       0 0 1 1 0 1 1 0 LED12_ON_L                               LED11 output and
                                                                             brightness control byte 0
55         37       0 0 1 1 0 1 1 1 LED12_ON_H
                                                                             LED11 output and
56         38       0 0 1 1 1 0 0 0 LED12_OFF_L                              brightness control byte 1

57         39       0 0 1 1 1 0 0 1 LED12_OFF_H                              LED11 output and
                                                                             brightness control byte 2
58         3A       0 0 1 1 1 0 1 0 LED13_ON_L
                                                                             LED11 output and
59         3B       0 0 1 1 1 0 1 1 LED13_ON_H                               brightness control byte 3

60         3C       0 0 1 1 1 1 0 0 LED13_OFF_L                              LED12 output and
                                                                             brightness control byte 0
61         3D       0 0 1 1 1 1 0 1 LED13_OFF_H
                                                                             LED12 output and
                                                                             brightness control byte 1

                                                                             LED12 output and
                                                                             brightness control byte 2

                                                                             LED12 output and
                                                                             brightness control byte 3

                                                                             LED13 output and
                                                                             brightness control byte 0

                                                                             LED13 output and
                                                                             brightness control byte 1

                                                                             LED13 output and
                                                                             brightness control byte 2

                                                                             LED13 output and
                                                                             brightness control byte 3

PCA9685_2                               Rev. 02 -- 16 July 2009               NXP B.V. 2009. All rights reserved.

Product data sheet                                                                              11 of 50
NXP Semiconductors                                             PCA9685

                                        16-channel, 12-bit PWM Fm+ I2C-bus LED controller

Table 3. Register summary ...continued

Register Register   D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Name                 Type  Function

#          # (hex)

(decimal)

62         3E       0 0 1 1 1 1 1 0 LED14_ON_L                   read/write LED14 output and

                                                                       brightness control byte 0

63         3F       0 0 1 1 1 1 1 1 LED14_ON_H                   read/write LED14 output and

                                                                       brightness control byte 1

64         40       0 1 0 0 0 0 0 0 LED14_OFF_L read/write LED14 output and

                                                                       brightness control byte 2

65         41       0 1 0 0 0 0 0 1 LED14_OFF_H read/write LED14 output and

                                                                       brightness control byte 3

66         42       0 1 0 0 0 0 1 0 LED15_ON_L                   read/write LED15 output and

                                                                       brightness control byte 0

67         43       0 1 0 0 0 0 1 1 LED15_ON_H                   read/write LED15 output and

                                                                       brightness control byte 1

68         44       0 1 0 0 0 1 0 0 LED15_OFF_L read/write LED15 output and

                                                                       brightness control byte 2

69         45       0 1 0 0 0 1 0 1 LED15_OFF_H read/write LED15 output and

                                                                       brightness control byte 3

...        reserved for future use

250        FA       1 1 1 1 1 0 1 0 ALL_LED_ON_L write/read load all the LEDn_ON

                                                                 zero  registers, byte 0

251        FB       1 1 1 1 1 0 1 1 ALL_LED_ON_H write/read load all the LEDn_ON

                                                                 zero  registers, byte 1

252        FC       1 1 1 1 1 1 0 0 ALL_LED_OFF_L write/read load all the LEDn_OFF

                                                                 zero  registers, byte 0

253        FD       1 1 1 1 1 1 0 1 ALL_LED_OFF_H write/read load all the LEDn_OFF

                                                                 zero  registers, byte 1

254        FE       1 1 1 1 1 1 1 0 PRE_SCALE[1]                 read/write prescaler for output
                                                                                 frequency

255        FF       1 1 1 1 1 1 1 1 TestMode[2]                  read/write defines the test mode to
                                                                                 be entered

...        All further addresses are reserved for future use; reserved addresses will not be acknowledged.

[1] Writes to PRE_SCALE register are blocked when SLEEP bit is logic 0 (MODE 1).
[2] Reserved. Writes to this register may cause unpredictable results.

                              Remark: Auto Increment past register 69 will point to MODE1 register (register 0).
                              Auto Increment also works from register 250 to register 254, then rolls over to register 0.

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         7.3.1 Mode register 1, MODE1

Table 4. MODE1 - Mode register 1 (address 00h) bit description
Legend: * default value.

Bit Symbol Access Value Description

7  RESTART R                 Shows state of RESTART logic. See Section 7.3.1.1 for detail.

                    W        User writes logic 1 to this bit to clear it to logic 0. A user write of logic 0 will have no

                             effect. See Section 7.3.1.1 for detail.

                         0*  Restart disabled.

                         1   Restart enabled.

6  EXTCLK R/W                To use the EXTCLK pin, this bit must be set by the following sequence:

                              1. Set the SLEEP bit in MODE1. This turns off the internal oscillator.

                              2. Write logic 1s to both the SLEEP and EXTCLK bits in MODE1. The switch is
                                   now made. The external clock can be active during the switch because the
                                   SLEEP bit is set.

                             This bit is a `sticky bit', that is, it cannot be cleared by writing a logic 0 to it. The
                             EXTCLK bit can only be cleared by a power cycle or software reset.

                             EXTCLK range is DC to 50 MHz.

                             refresh_rate = 4---0---9---6-------E---(-X--p--T-r---eC---s-L-c---Ka----l--e----+-----1---)-

                         0*  Use internal clock.

                         1   Use EXTCLK pin clock.
                             Register Auto-Increment disabled[1].
5  AI               R/W  0*

                         1   Register Auto-Increment enabled.
                             Normal mode[2].
4  SLEEP R/W             0   Low power mode. Oscillator off[3][4].
                             PCA9685 does not respond to I2C-bus subaddress 1.
                         1*  PCA9685 responds to I2C-bus subaddress 1.
                             PCA9685 does not respond to I2C-bus subaddress 2.
3  SUB1             R/W  0*  PCA9685 responds to I2C-bus subaddress 2.
                             PCA9685 does not respond to I2C-bus subaddress 3.
                         1   PCA9685 responds to I2C-bus subaddress 3.
                             PCA9685 does not respond to LED All Call I2C-bus address.
2  SUB2             R/W  0*  PCA9685 responds to LED All Call I2C-bus address.

                         1

1  SUB3             R/W  0*

                         1

0  ALLCALL R/W           0

                         1*

[1] When the Auto Increment flag is set, AI = 1, the Control register is automatically incremented after a read or write. This allows the user
      to program the registers sequentially.

[2] It takes 500 s max. for the oscillator to be up and running once SLEEP bit has been set to logic 0. Timings on LEDn outputs are not
      guaranteed if PWM control registers are accessed within the 500 s window. There is no start-up delay required when using the
      EXTCLK pin as the PWM clock.

[3] No PWM control is possible when the oscillator is off.

[4] When the oscillator is off (Sleep mode) the LEDn outputs cannot be turned on, off or dimmed/blinked.

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7.3.1.1 Restart mode
            If the PCA9685 is operating and the user decides to put the chip to sleep (setting MODE1
            bit 4) without stopping any of the PWM channels, the RESTART bit (MODE1 bit 7) will be
            set to logic 1 at the end of the PWM refresh cycle. The contents of each PWM register are
            held valid when the clock is off.

            To restart all of the previously active PWM channels with a few I2C-bus cycles do the
            following steps:

             1. Read MODE1 register.
             2. Check that bit 7 (RESTART) is a logic 1. If it is, clear bit 4 (SLEEP). Allow time for

                 oscillator to stabilize (500 s).
             3. Write logic 1 to bit 7 of MODE1 register. All PWM channels will restart and the

                 RESTART bit will clear.

            Remark: The SLEEP bit must be logic 0 for at least 500 s, before a logic 1 is written into
            the RESTART bit.

            Other actions that will clear the RESTART bit are:

             1. Power cycle.
             2. I2C Software Reset command.
             3. If the MODE2 OCH bit is logic 0, write to any PWM register then issue an I2C-bus

                 STOP.
             4. If the MODE2 OCH bit is logic 1, write to all four PWM registers in any PWM channel.

            Likewise, if the user does an orderly shutdown1 of all the PWM channels before setting the
            SLEEP bit, the RESTART bit will be cleared. If this is done the contents of all PWM
            registers are invalidated and must be reloaded before reuse.

            An example of the use of the RESTART bit would be the restoring of a customer's laptop
            LCD backlight intensity coming out of Standby to the level it was before going into
            Standby.

1. Two methods can be used to do an orderly shutdown. The fastest is to write a logic 1 to bit 4 in register ALL_LED_OFF_H. The
      other method is to write logic 1 to bit 4 in each active PWM channel LEDn_OFF_H register.

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          7.3.2 Mode register 2, MODE2

Table 5. MODE2 - Mode register 2 (address 01h) bit description
Legend: * default value.

Bit  Symbol         Access Value Description

7 to 5 -            read only 000* reserved

4    INVRT[1]       R/W   0*  Output logic state not inverted. Value to use when external driver used.

                              Applicable when OE = 0.

                          1   Output logic state inverted. Value to use when no external driver used.

                              Applicable when OE = 0.

3    OCH            R/W   0*  Outputs change on STOP command[2].

                          1   Outputs change on ACK[3].

2    OUTDRV[1]      R/W   0   The 16 LEDn outputs are configured with an open-drain structure.

                          1*  The 16 LEDn outputs are configured with a totem pole structure.

1 to 0 OUTNE[1:0][4] R/W  00* When OE = 1 (output drivers not enabled), LEDn = 0.

                          01  When OE = 1 (output drivers not enabled):

                              LEDn = 1 when OUTDRV = 1

                              LEDn = high-impedance when OUTDRV = 0 (same as OUTNE[1:0] = 10)

                          1X  When OE = 1 (output drivers not enabled), LEDn = high-impedance.

[1] See Section 7.7 "Using the PCA9685 with and without external drivers" for more details. Normal LEDs can be driven directly in either
      mode. Some newer LEDs include integrated Zener diodes to limit voltage transients, reduce EMI, protect the LEDs and these must be
      driven only in the open-drain mode to prevent overheating the IC.

[2] Change of the outputs at the STOP command allows synchronizing outputs of more than one PCA9685. Applicable to registers from
      06h (LED0_ON_L) to 45h (LED15_OFF_H) only. 1 or more registers can be written, in any order, before STOP.

[3] Update on ACK requires all 4 PWM channel registers to be loaded before outputs will change on the last ACK.

[4] See Section 7.4 "Active LOW output enable input" for more details.

          7.3.3 LED output and PWM control

                    The turn-on time of each LED driver output and the duty cycle of PWM can be controlled
                    independently using the LEDn_ON and LEDn_OFF registers.

                    There will be two 12-bit registers per LED output. These registers will be programmed by
                    the user. Both registers will hold a value from 0 to 4095. One 12-bit register will hold a
                    value for the ON time and the other 12-bit register will hold the value for the OFF time. The
                    ON and OFF times are compared with the value of a 12-bit counter that will be running
                    continuously from 0000h to 0FFFh (0 to 4095 decimal).

                    Update on ACK requires all 4 PWM channel registers to be loaded before outputs will
                    change on the last ACK.

                    The ON time, which is programmable, will be the time the LED output will be asserted and
                    the OFF time, which is also programmable, will be the time when the LED output will be
                    negated. In this way, the phase shift becomes completely programmable. The resolution
                    for the phase shift is 1/4096 of the target frequency. Table 6 lists these registers.

                    The following two examples illustrate how to calculate values to be loaded into these
                    registers.

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                    Example 1: (assumes that the LED0 output is used and
                    (delay time) + (PWM duty cycle)  100 %)

                      Delay time = 10 %; PWM duty cycle = 20 % (LED on time = 20 %; LED off time = 80 %).
                      Delay time = 10 % = 409.6 ~ 410 counts = 19Ah.
                      Since the counter starts at 0 and ends at 4095, we will subtract 1, so delay time = 199h
                      counts.

                         LED0_ON_H = 1h; LED0_ON_L = 99h
                      LED on time = 20 % = 819.2 ~ 819 counts.
                      Off time = 4CCh (decimal 410 + 819 - 1 = 1228)

                         LED0_OFF_H = 4h; LED0_OFF_L = CCh

STOP                                4095 0                 4095 0                   4095 0
    0

example 1          819                     819                      819                    819
                              1228                   1228                     1228                   1228
LEDn_ON
LEDn_OFF                                                                                             002aad812

Fig 7. LED output, example 1

                    Example 2: (assumes that the LED4 output is used and
                    (delay time) + (PWM duty cycle > 100 %)

                      Delay time = 90 %; PWM duty cycle = 90 % (LED on time = 90 %; LED off time = 10 %).
                      Delay time = 90 % = 3686.4 ~ 3686 counts - 1 = 3685 = E65h.

                         LED4_ON_H = Eh; LED4_ON_L = 65h
                      LED on time = 90 % = 3686 counts.
                      Since the delay time and LED on period of the duty cycle is greater than 4096 counts,
                      the LEDn_OFF count will occur in the next frame. Therefore, 4096 is subtracted from
                      the LEDn_OFF count to get the correct LEDn_OFF count. See Figure 9, Figure 10 and
                      Figure 11.
                      Off time = 4CBh (decimal 3685 + 3686 = 7372 - 4096 = 3275)

                         LED4_OFF_H = 4h; LED4_OFF_L = CBh

            STOP                    4095 0                  4095 0                  4095 0
                 0                  3686
                                                             3686                     3686
example 2                                                 3275                     3275
LEDn_ON
LEDn_OFF

                                                                                            002aad813

Fig 8. LED output, example 2

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        STOP                              4095 0                                       4095 0                                        4095 0
            0                                              511                                                                  3071
                                                                                                        511      2047
example 1                            3071                                         3071

LEDn_ON             511                                       767  2047
                                                                                                            767
LEDn_OFF

example 2                     2047

LEDn_ON
LEDn_OFF

example 3                1023
LEDn_ON

example 4 off           1023
                         1023
LEDn_ON
LEDn_OFF

                                                                                                                 002aad193

Fig 9.  Example 1: LEDn_ON < LEDn_OFF
        Example 2: LEDn_ON > LEDn_OFF
        Example 3: LEDn_ON[12] = 1; LEDn_ON[11:0] = 1022; LEDn_OFF[12] = 0; LEDn_OFF[11:0] = don't care
        Example 4: LEDn_ON[12] = 0; LEDn_OFF[12] = 0; LEDn_ON[11:0] = LEDn_OFF[11:0]
        Output example

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STOP                                                          4095 0                                            4095 0              4095 0
    0               register(s) updated in this cycle                  output(s) updated in this cycle                                002aad194

example 1                                                             511
                                                                            1023
LEDn_ON             511                                                                                                 511
                                                                                                                              1023
LEDn_OFF                 3071

example 2

LEDn_ON             511                                               767                                               767
                                                                         1023                                             1023
LEDn_OFF                 3071

example 3

LEDn_ON             511                                                                        3071

LEDn_OFF                 3071                                                                                           1023

example 4                                off
                         3071
LEDn_ON             511

LEDn_OFF

             Example 1: LEDn_ON unchanged and LEDn_OFF decreased.
             Example 2: LEDn_ON increased and LEDn_OFF decreased.
             Example 3: LEDn_ON made > LEDn_OFF.
             Example 4: LEDn_OFF[12] set to 1.
Fig 10. Update examples when LEDn_ON < LEDn_OFF

PCA9685_2                                                             Rev. 02 -- 16 July 2009                                        NXP B.V. 2009. All rights reserved.

Product data sheet                                                                                                                                     18 of 50
                                               xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxx x x x xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxx xx xx
                                               xxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxx x x
                                               xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxx
                                               xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxx

        PCA9685_2                              STOP                                                            4095 0        4095 0                                           4095 0       4095 0                 NXP Semiconductors
                                                   0                 register(s) updated in this cycle                               output(s) updated in this cycle
Product data sheet                                                                                                                                                                         3413
                                               example 1                                                                                                                                                    511

                                                LEDn_ON              3071                                                                    3071                                     3071
                                               LEDn_OFF                                                                                                            511                     3413
                                                                                                                       1023
                                                example 2            3071                                              1023                  3413                                                      002aad195
                                                                                                                       1023                                  511
                                                LEDn_ON
                                               LEDn_OFF

                                                example 3            3071                                                                    3071
                                                                                     off                                                          3413
                                                LEDn_ON
Rev. 02 -- 16 July 2009                        LEDn_OFF

                                                                 on

                                                example 4

                                                LEDn_ON
                                               LEDn_OFF

                                                            Example 1: LEDn_ON unchanged and LEDn_OFF decreased, but delay still > LEDn_OFF                                                                         PCA9685
                                                            Example 2: LEDn_ON changed and LEDn_OFF changed, but delay still > LEDn_OFF
                                                            Example 3: LEDn_ON unchanged and LEDn_OFF increased where LEDn_ON < LEDn_OFF                                                                          16-channel, 12-bit PWM Fm+ I2C-bus LED controller
                                                            Example 4: LEDn_ON[12] = 1 and LEDn_OFF[12] changed from 0 to 1
                                               Fig 11. Update examples when LEDn_ON > LEDn_OFF

         NXP B.V. 2009. All rights reserved.

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NXP Semiconductors                                            PCA9685

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Table 6. LED_ON, LED_OFF control registers (address 06h to 45h) bit description
Legend: * default value.

Address Register    Bit Symbol      Access Value                      Description

06h  LED0_ON_L      7:0 LED0_ON_L[7:0] R/W   0000 0000* LEDn_ON count for LED0, 8 LSBs

07h  LED0_ON_H      7:5 reserved    R        000*                     non-writable

                    4 LED0_ON_H[4]  R/W                    0*         LED0 full ON

                    3:0 LED0_ON_H[3:0] R/W                     0000* LEDn_ON count for LED0, 4 MSBs

08h  LED0_OFF_L 7:0 LED0_OFF_L[7:0] R/W      0000 0000* LEDn_OFF count for LED0, 8 LSBs

09h  LED0_OFF_H 7:5 reserved        R        000*                     non-writable

                    4 LED0_OFF_H[4] R/W                    1*         LED0 full OFF

                    3:0 LED0_OFF_H[3:0] R/W                    0000*

0Ah  LED1_ON_L      7:0 LED1_ON_L[7:0] R/W   0000 0000* LEDn_ON count for LED1, 8 LSBs

0Bh  LED1_ON_H      7:5 reserved    R        000*                     non-writable

                    4 LED1_ON_H[4]  R/W                    0*         LED1 full ON

                    3:0 LED1_ON_H[3:0] R/W                     0000* LEDn_ON count for LED1, 4 MSBs

0Ch  LED1_OFF_L 7:0 LED1_OFF_L[7:0] R/W      0000 0000* LEDn_OFF count for LED1, 8 LSBs

0Dh  LED1_OFF_H 7:5 reserved        R        000*                     non-writable

                    4 LED1_OFF_H[4] R/W                    1*         LED1 full OFF

                    3:0 LED1_OFF_H[3:0] R/W                    0000* LEDn_OFF count for LED1, 4 MSBs

0Eh  LED2_ON_L      7:0 LED2_ON_L[7:0] R/W   0000 0000* LEDn_ON count for LED2, 8 LSBs

0Fh  LED2_ON_H      7:5 reserved    R        000*                     non-writable

                    4 LED2_ON_H[4]  R/W                    0*         LED2 full ON

                    3:0 LED2_ON_H[3:0] R/W                     0000* LEDn_ON count for LED2, 4 MSBs

10h  LED2_OFF_L 7:0 LED2_OFF_L[7:0] R/W      0000 0000* LEDn_OFF count for LED2, 8 LSBs

11h  LED2_OFF_H 7:5 reserved        R        000*                     non-writable

                    4 LED2_OFF_H[4] R/W                    1*         LED2 full OFF

                    3:0 LED2_OFF_H[3:0] R/W                    0000* LEDn_OFF count for LED2, 4 MSBs

12h  LED3_ON_L      7:0 LED3_ON_L[7:0] R/W   0000 0000* LEDn_ON count for LED3, 8 LSBs

13h  LED3_ON_H      7:5 reserved    R        000*                     non-writable

                    4 LED3_ON_H[4]  R/W                    0*         LED3 full ON

                    3:0 LED3_ON_H[3:0] R/W                     0000* LEDn_ON count for LED3, 4 MSBs

14h  LED3_OFF_L 7:0 LED3_OFF_L[7:0] R/W      0000 0000* LEDn_OFF count for LED3, 8 LSBs

15h  LED3_OFF_H 7:5 reserved        R        000*                     non-writable

                    4 LED3_OFF_H[4] R/W                    1*         LED3 full OFF

                    3:0 LED3_OFF_H[3:0] R/W                    0000* LEDn_OFF count for LED3, 4 MSBs

16h  LED4_ON_L      7:0 LED4_ON_L[7:0] R/W   0000 0000* LEDn_ON count for LED4, 8 LSBs

17h  LED4_ON_H      7:5 reserved    R        000*                     non-writable

                    4 LED4_ON_H[4]  R/W                    0*         LED4 full ON

                    3:0 LED4_ON_H[3:0] R/W                     0000* LEDn_ON count for LED4, 4 MSBs

PCA9685_2                         Rev. 02 -- 16 July 2009                            NXP B.V. 2009. All rights reserved.

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Table 6. LED_ON, LED_OFF control registers (address 06h to 45h) bit description ...continued
Legend: * default value.

Address Register    Bit Symbol      Access Value               Description

18h  LED4_OFF_L 7:0 LED4_OFF_L[7:0] R/W      0000 0000* LEDn_OFF count for LED4, 8 LSBs

19h  LED4_OFF_H 7:5 reserved        R        000*              non-writable

                    4 LED4_OFF_H[4] R/W                    1*  LED4 full OFF

                    3:0 LED4_OFF_H[3:0] R/W                    0000* LEDn_OFF count for LED4, 4 MSBs

1Ah  LED5_ON_L      7:0 LED5_ON_L[7:0] R/W   0000 0000* LEDn_ON count for LED5, 8 LSBs

1Bh  LED5_ON_H      7:5 reserved    R        000*              non-writable

                    4 LED5_ON_H[4]  R/W                    0*  LED5 full ON

                    3:0 LED5_ON_H[3:0] R/W                     0000* LEDn_ON count for LED5, 4 MSBs

1Ch  LED5_OFF_L 7:0 LED5_OFF_L[7:0] R/W      0000 0000* LEDn_OFF count for LED5, 8 LSBs

1Dh  LED5_OFF_H 7:5 reserved        R        000*              non-writable

                    4 LED5_OFF_H[4] R/W                    1*  LED5 full OFF

                    3:0 LED5_OFF_H[3:0] R/W                    0000* LEDn_OFF count for LED5, 4 MSBs

1Eh  LED6_ON_L      7:0 LED6_ON_L[7:0] R/W   0000 0000* LEDn_ON count for LED6, 8 LSBs

1Fh  LED6_ON_H      7:5 reserved    R        000*              non-writable

                    4 LED6_ON_H[4]  R/W                    0*  LED6 full ON

                    3:0 LED6_ON_H[3:0] R/W                     0000* LEDn_ON count for LED6, 4 MSBs

20h  LED6_OFF_L 7:0 LED6_OFF_L[7:0] R/W      0000 0000* LEDn_OFF count for LED6, 8 LSBs

21h  LED6_OFF_H 7:5 reserved        R        000*              non-writable

                    4 LED6_OFF_H[4] R/W                    1*  LED6 full OFF

                    3:0 LED6_OFF_H[3:0] R/W                    0000* LEDn_OFF count for LED6, 4 MSBs

22h  LED7_ON_L      7:0 LED7_ON_L[7:0] R/W   0000 0000* LEDn_ON count for LED7, 8 LSBs

23h  LED7_ON_H      7:5 reserved    R        000*              non-writable

                    4 LED7_ON_H[4]  R/W                    0*  LED7 full ON

                    3:0 LED7_ON_H[3:0] R/W                     0000* LEDn_ON count for LED7, 4 MSBs

24h  LED7_OFF_L 7:0 LED7_OFF_L[7:0] R/W      0000 0000* LEDn_OFF count for LED7, 8 LSBs

25h  LED7_OFF_H 7:5 reserved        R        000*              non-writable

                    4 LED7_OFF_H[4] R/W                    1*  LED7 full OFF

                    3:0 LED7_OFF_H[3:0] R/W                    0000* LEDn_OFF count for LED7, 4 MSBs

26h  LED8_ON_L      7:0 LED8_ON_L[7:0] R/W   0000 0000* LEDn_ON count for LED8, 8 LSBs

27h  LED8_ON_H      7:5 reserved    R        000*              non-writable

                    4 LED8_ON_H[4]  R/W                    0*  LED8 full ON

                    3:0 LED8_ON_H[3:0] R/W                     0000* LEDn_ON count for LED8, 4 MSBs

28h  LED8_OFF_L 7:0 LED8_OFF_L[7:0] R/W      0000 0000* LEDn_OFF count for LED8, 8 LSBs

29h  LED8_OFF_H 7:5 reserved        R        000*              non-writable

                    4 LED8_OFF_H[4] R/W                    1*  LED8 full OFF

                    3:0 LED8_OFF_H[3:0] R/W                    0000* LEDn_OFF count for LED8, 4 MSBs

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Table 6. LED_ON, LED_OFF control registers (address 06h to 45h) bit description ...continued
Legend: * default value.

Address Register    Bit Symbol      Access Value               Description

2Ah  LED9_ON_L      7:0 LED9_ON_L[7:0] R/W    0000 0000* LEDn_ON count for LED9, 8 LSBs

2Bh  LED9_ON_H      7:5 reserved    R         000*             non-writable

                    4 LED9_ON_H[4]  R/W                    0*  LED9 full ON

                    3:0 LED9_ON_H[3:0] R/W                     0000* LEDn_ON count for LED9, 4 MSBs

2Ch  LED9_OFF_L 7:0 LED9_OFF_L[7:0] R/W       0000 0000* LEDn_OFF count for LED9, 8 LSBs

2Dh  LED9_OFF_H 7:5 reserved        R         000*             non-writable

                    4 LED9_OFF_H[4] R/W                    1*  LED9 full OFF

                    3:0 LED9_OFF_H[3:0] R/W                    0000* LEDn_OFF count for LED9, 4 MSBs

2Eh  LED10_ON_L 7:0 LED10_ON_L[7:0] R/W       0000 0000* LEDn_ON count for LED10, 8 LSBs

2Fh  LED10_ON_H 7:5 reserved        R         000*             non-writable

                    4 LED10_ON_H[4] R/W                    0*  LED10 full ON

                    3:0 LED10_ON_H[3:0] R/W                    0000* LEDn_ON count for LED10, 4 MSBs

30h  LED10_OFF_L 7:0 LED10_OFF_L[7:0] R/W     0000 0000* LEDn_OFF count for LED10, 8 LSBs

31h  LED10_OFF_H 7:5 reserved       R         000*             non-writable

                    4 LED10_OFF_H[4] R/W                   1*  LED10 full OFF

                    3:0 LED10_OFF_H[3:0] R/W                   0000* LEDn_OFF count for LED10, 4 MSBs

32h  LED11_ON_L 7:0 LED11_ON_L[7:0] R/W       0000 0000* LEDn_ON count for LED11, 8 LSBs

33h  LED11_ON_H 7:5 reserved        R         000*             non-writable

                    4 LED11_ON_H[4] R/W                    0*  LED11 full ON

                    3:0 LED11_ON_H[3:0] R/W                    0000* LEDn_ON count for LED11, 4 MSBs

34h  LED11_OFF_L 7:0 LED11_OFF_L[7:0] R/W     0000 0000* LEDn_OFF count for LED11, 8 LSBs

35h  LED11_OFF_H 7:5 reserved       R         000*             non-writable

                    4 LED11_OFF_H[4] R/W                   1*  LED11 full OFF

                    3:0 LED11_OFF_H[3:0] R/W                   0000* LEDn_OFF count for LED11, 4 MSBs

36h  LED12_ON_L 7:0 LED12_ON_L[7:0] R/W       0000 0000* LEDn_ON count for LED12, 8 LSBs

37h  LED12_ON_H 7:5 reserved        R         000*             non-writable

                    4 LED12_ON_H[4] R/W                    0*  LED12 full ON

                    3:0 LED12_ON_H[3:0] R/W                    0000* LEDn_ON count for LED12, 4 MSBs

38h  LED12_OFF_L 7:0 LED12_OFF_L[7:0] R/W     0000 0000* LEDn_OFF count for LED12, 8 LSBs

39h  LED12_OFF_H 7:5 reserved       R         000*             non-writable

                    4 LED12_OFF_H[4] R/W                   1*  LED12 full OFF

                    3:0 LED12_OFF_H[3:0] R/W                   0000* LEDn_OFF count for LED12, 4 MSBs

3Ah  LED13_ON_L 7:0 LED13_ON_L[7:0] R/W       0000 0000* LEDn_ON count for LED13, 8 LSBs

3Bh  LED13_ON_H 7:5 reserved        R         000*             non-writable

                    4 LED13_ON_H[4] R/W                    0*  LED13 full ON

                    3:0 LED13_ON_H[3:0] R/W                    0000* LEDn_ON count for LED13, 4 MSBs

PCA9685_2                         Rev. 02 -- 16 July 2009                                     NXP B.V. 2009. All rights reserved.

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Table 6. LED_ON, LED_OFF control registers (address 06h to 45h) bit description ...continued
Legend: * default value.

Address Register    Bit Symbol  Access Value                 Description

3Ch  LED13_OFF_L 7:0 LED13_OFF_L[7:0] R/W     0000 0000* LEDn_OFF count for LED13, 8 LSBs

3Dh  LED13_OFF_H 7:5 reserved   R             000*           non-writable

                    4 LED13_OFF_H[4] R/W                 1*  LED13 full OFF

                    3:0 LED13_OFF_H[3:0] R/W                 0000* LEDn_OFF count for LED13, 4 MSBs

3Eh  LED14_ON_L 7:0 LED14_ON_L[7:0] R/W       0000 0000* LEDn_ON count for LED14, 8 LSBs

3Fh  LED14_ON_H 7:5 reserved    R             000*           non-writable

                    4 LED14_ON_H[4] R/W                  0*  LED14 full ON

                    3:0 LED14_ON_H[3:0] R/W                  0000* LEDn_ON count for LED14, 4 MSBs

40h  LED14_OFF_L 7:0 LED14_OFF_L[7:0] R/W     0000 0000* LEDn_OFF count for LED14, 8 LSBs

41h  LED14_OFF_H 7:5 reserved   R             000*           non-writable

                    4 LED14_OFF_H[4] R/W                 1*  LED14 full OFF

                    3:0 LED14_OFF_H[3:0] R/W                 0000* LEDn_OFF count for LED14, 4 MSBs

42h  LED15_ON_L 7:0 LED15_ON_L[7:0] R/W       0000 0000* LEDn_ON count for LED15, 8 LSBs

43h  LED15_ON_H 7:5 reserved    R             000*           non-writable

                    4 LED15_ON_H[4] R/W                  0*  LED15 full ON

                    3:0 LED15_ON_H[3:0] R/W                  0000* LEDn_ON count for LED15, 4 MSBs

44h  LED15_OFF_L 7:0 LED15_OFF_L[7:0] R/W     0000 0000* LEDn_OFF count for LED15, 8 LSBs

45h  LED15_OFF_H 7:5 reserved   R             000*           non-writable

                    4 LED15_OFF_H[4] R/W                 1*  LED15 full OFF

                    3:0 LED15_OFF_H[3:0] R/W                 0000* LEDn_OFF count for LED15, 4 MSBs

                    The LEDn_ON_H output control bit 4, when set to logic 1, causes the output to be always
                    ON. The turning ON of the LED is delayed by the amount in the LEDn_ON registers.
                    LEDn_OFF[11:0] are ignored. When this bit = 0, then the LEDn_ON and LEDn_OFF
                    registers are used according to their normal definition.

                    The LEDn_OFF_H output control bit 4, when set to logic 1, causes the output to be
                    always OFF. In this case the values in the LEDn_ON registers are ignored.

                    Remark: When all LED outputs are configured as `always OFF', the prescale counter and
                    all associated PWM cycle timing logic are disabled. If LEDn_ON_H[4] and
                    LEDn_OFF_H[4] are set at the same time, the LEDn_OFF_H[4] function takes
                    precedence.

PCA9685_2                       Rev. 02 -- 16 July 2009                                        NXP B.V. 2009. All rights reserved.

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     7.3.4 ALL_LED_ON and ALL_LED_OFF control

               The ALL_LED_ON and ALL_LED_OFF registers allow just four I2C-bus write sequences
               to fill all the ON and OFF registers with the same patterns.

Table 7. ALL_LED_ON and ALL_LED_OFF control registers (address FAh to FEh) bit description
Legend: * default value.

Address Register    Bit Symbol                   Access Value                                                                       Description

FAh  ALL_LED_ON_L 7:0 ALL_LED_ON_L[7:0] W only 0000 0000* LEDn_ON count for ALL_LED, 8 MSBs

FBh  ALL_LED_ON_H 7:5 reserved                   R                                        000*                                      non-writable

                    4 ALL_LED_ON_H[4] W only                                                     1*                                 ALL_LED full ON

                    3:0 ALL_LED_ON_H[3:0] W only                                                                              0000* LEDn_ON count for ALL_LED, 4 MSBs

FCh  ALL_LED_OFF_L 7:0 ALL_LED_OFF_L[7:0] W only 0000 0000* LEDn_OFF count for ALL_LED,

                                                                                                                                    8 MSBs

FDh  ALL_LED_OFF_H 7:5 reserved                  R                                        000*                                      non-writable

                    4 ALL_LED_OFF_H[4] W only                                                    1*                                 ALL_LED full OFF

                    3:0 ALL_LED_OFF_H[3:0] W only                                                                             0000* LEDn_OFF count for ALL_LED,
                                                                                                                                        4 MSBs

FEh  PRE_SCALE      7:0 PRE_SCALE[7:0]           R/W 0001 1110* prescaler to program the output
                                                                               frequency

                    The LEDn_ON and LEDn_OFF counts can vary from 0 to 4095. The LEDn_ON and
                    LEDn_OFF count registers should never be programmed with the same values.

                    Because the loading of the LEDn_ON and LEDn_OFF registers is via the I2C-bus, and
                    asynchronous to the internal oscillator, we want to ensure that we do not see any visual
                    artifacts of changing the ON and OFF values. This is achieved by updating the changes at
                    the end of the LOW cycle.

     7.3.5 PWM frequency PRE_SCALE

               The hardware forces a minimum value that can be loaded into the PRE_SCALE register at
               `3'. The PRE_SCALE register defines the frequency at which the outputs modulate. The
               prescale value is determined with the formula shown in Equation 1:

                    prescale  value  =  round    4----0---9---6---o---s---cu---_p---c-d--l-a-o--t--ce---k_----r--a----t--e-    1                               (1)
                                               

                    where the update rate is the output modulation frequency required. For example, for an
                    output frequency of 200 Hz with an oscillator clock frequency of 25 MHz:

                    prescale  value  =  round    4---0-2--9-5--6---M-----H--2---0z---0-  1  =  30                                                              (2)
                                               

                    The PRE_SCALE register can only be set when the SLEEP bit of MODE1 register is set
                    to logic 1.

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7.3.6 SUBADR1 to SUBADR3, I2C-bus subaddress 1 to 3

                    Table 8. SUBADR1 to SUBADR3 - I2C-bus subaddress registers 0 to 3 (address 02h to 04h)
                                    bit description

                    Legend: * default value.

                    Address Register  Bit Symbol Access Value          Description

                    02h  SUBADR1 7:1 A1[7:1] R/W 1110 001* I2C-bus subaddress 1

                                      0     A1[0]  R only              0* reserved

                    03h  SUBADR2 7:1 A2[7:1] R/W 1110 010* I2C-bus subaddress 2

                                      0     A2[0]  R only              0* reserved

                    04h  SUBADR3 7:1 A3[7:1] R/W 1110 100* I2C-bus subaddress 3

                                      0     A3[0]  R only              0* reserved

                    Subaddresses are programmable through the I2C-bus. Default power-up values are E2h,
                    E4h, E8h, and the device(s) will not acknowledge these addresses right after power-up
                    (the corresponding SUBx bit in MODE1 register is equal to 0).

                    Once subaddresses have been programmed to their right values, SUBx bits need to be
                    set to logic 1 in order to have the device acknowledging these addresses (MODE1
                    register).

                    Only the 7 MSBs representing the I2C-bus subaddress are valid. The LSB in SUBADRx
                    register is a read-only bit (0).

                    When SUBx is set to logic 1, the corresponding I2C-bus subaddress can be used during
                    either an I2C-bus read or write sequence.

7.3.7 ALLCALLADR, LED All Call I2C-bus address

                    Table 9. ALLCALLADR - LED All Call I2C-bus address register (address 05h) bit
                                    description

                    Legend: * default value.

                    Address Register     Bit Symbol Access Value       Description

                    05h  ALLCALLADR 7:1 AC[7:1] R/W 1110 000* ALLCALL I2C-bus

                                                                       address register

                                         0  AC[0]              R only  0* reserved

                    The LED All Call I2C-bus address allows all the PCA9685s in the bus to be programmed
                    at the same time (ALLCALL bit in register MODE1 must be equal to 1 (power-up default
                    state)). This address is programmable through the I2C-bus and can be used during either
                    an I2C-bus read or write sequence. The register address can also be programmed as a
                    Sub Call.

                    Only the 7 MSBs representing the All Call I2C-bus address are valid. The LSB in
                    ALLCALLADR register is a read-only bit (0).

                    If ALLCALL bit = 0, the device does not acknowledge the address programmed in register
                    ALLCALLADR.

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                    7.4 Active LOW output enable input

                            The active LOW output enable (OE) pin, allows to enable or disable all the LED outputs at
                            the same time.

                     When a LOW level is applied to OE pin, all the LED outputs are enabled and follow the

                       output state defined in the LEDn_ON and LEDn_OFF registers with the polarity
                       defined by INVRT bit (MODE2 register).

                     When a HIGH level is applied to OE pin, all the LED outputs are programmed to the

                       value that is defined by OUTNE[1:0] in the MODE2 register.

                    Table 10. LED outputs when OE = 1

                    OUTNE1  OUTNE0  LED outputs

                    0       0       0

                    0       1       1 if OUTDRV = 1, high-impedance if OUTDRV = 0

                    1       0       high-impedance

                    1       1       high-impedance

                    The OE pin can be used as a synchronization signal to switch on/off several PCA9685
                    devices at the same time. This requires an external clock reference that provides blinking
                    period and the duty cycle.

                    The OE pin can also be used as an external dimming control signal. The frequency of the
                    external clock must be high enough not to be seen by the human eye, and the duty cycle
                    value determines the brightness of the LEDs.

                    7.5 Power-on reset

                            When power is applied to VDD, an internal power-on reset holds the PCA9685 in a reset
                            condition until VDD has reached VPOR. At this point, the reset condition is released and the
                            PCA9685 registers and I2C-bus state machine are initialized to their default states.
                            Thereafter, VDD must be lowered below 0.2 V to reset the device.

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                    7.6 Software reset

                            The Software Reset Call (SWRST Call) allows all the devices in the I2C-bus to be reset to
                            the power-up state value through a specific formatted I2C-bus command. To be performed
                            correctly, it implies that the I2C-bus is functional and that there is no device hanging the
                            bus.

                            The SWRST Call function is defined as the following:

                             1. A START command is sent by the I2C-bus master.
                             2. The reserved SWRST I2C-bus address `0000 000' with the R/W bit set to `0' (write) is

                                 sent by the I2C-bus master.

                             3. The PCA9685 device(s) acknowledge(s) after seeing the General Call address
                                 `0000 0000' (00h) only. If the R/W bit is set to `1' (read), no acknowledge is returned to
                                 the I2C-bus master.

                             4. Once the General Call address has been sent and acknowledged, the master sends
                                 1 byte with 1 specific value (SWRST data byte 1):

                                 a. Byte 1 = 06h: the PCA9685 acknowledges this value only. If byte 1 is not equal to
                                     06h, the PCA9685 does not acknowledge it.

                                 If more than 1 byte of data is sent, the PCA9685 does not acknowledge any more.

                             5. Once the correct byte (SWRST data byte 1) has been sent and correctly
                                 acknowledged, the master sends a STOP command to end the SWRST Call: the
                                 PCA9685 then resets to the default value (power-up value) and is ready to be
                                 addressed again within the specified bus free time (tBUF).

                                        General Call address     SWRST data byte 1

                    S0 0 0 0 0 0 0 0A0 0 0 0 0 1 1 0AP

                    START condition                           acknowledge  acknowledge
                                                              from slave      from slave

                                                                                         STOP
                                                                                      condition

                                                                                        002aac900

                    Fig 12. SWRST Call

                    The I2C-bus master must interpret a non-acknowledge from the PCA9685 (at any time) as
                    a `SWRST Call Abort'. The PCA9685 does not initiate a reset of its registers. This
                    happens only when the format of the SWRST Call sequence is not correct.

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                    7.7 Using the PCA9685 with and without external drivers

                            The PCA9685 LED output drivers are 5.5 V only tolerant and can sink up to 25 mA at 5 V.

                    If the device needs to drive LEDs to a higher voltage and/or higher current, use of an
                    external driver is required.

                     INVRT bit (MODE2 register) can be used to keep the LED PWM control firmware the

                       same independently of the type of external driver. This bit allows LED output polarity
                       inversion/non-inversion only when OE = 0.

                     OUTDRV bit (MODE2 register) allows minimizing the amount of external components

                       required to control the external driver (N-type or P-type device).

Table 11. Use of INVRT and OUTDRV based on connection to the LEDn outputs when OE = 0[1]

INVRT OUTDRV Direct connection to LEDn                           External N-type driver                                    External P-type driver

                    Firmware                           External  Firmware                                     External     Firmware  External
                                                       pull-up                                                pull-up                pull-up
                                                       resistor                                               resistor               resistor

0  0                formulas and LED                   LED current formulas and LED required                               formulas and LED required
                    output state values                limiting R[2] output state                                          output state values
                    inverted                                                                                               apply
                                                                         values inverted

0  1                formulas and LED                   LED current formulas and LED not                                    formulas and LED not required
                    output state values                                                                                    output state values
                    inverted                           limiting R[2] output state                             required[3]  inverted

                                                                 values apply[3]

1  0                formulas and LED                   LED current formulas and LED required                               formulas and LED required
                                                       limiting R output state                                             output state values
                    output state values                                                                                    inverted
                    apply[2]                                             values apply

1  1                formulas and LED                   LED current formulas and LED not required formulas and LED not

                    output state values                limiting R output state                                             output state values required[4]
                    apply[2]
                                                                 values inverted                                           apply[4]

[1] When OE = 1, LED output state is controlled only by OUTNE[1:0] bits (MODE2 register).
[2] Correct configuration when LEDs directly connected to the LEDn outputs (connection to VDD through current limiting resistor).
[3] Optimum configuration when external N-type (NPN, NMOS) driver used.
[4] Optimum configuration when external P-type (PNP, PMOS) driver used.

                                  +5 V                           +5 V

              LED0                                     LED0
                                            002aad169
                                                                                                                           LED0         +VDD
             INVRT = 0                                                                                                               002aad171
             OUTDRV = 1                                                                            002aad170
Fig 13. External N-type driver                                                                                             INVRT = 1
                                                                    INVRT = 1                                              OUTDRV = 0
                                                                    OUTDRV = 1                                Fig 15. Direct LED connection
                                                       Fig 14. External P-type driver

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8. Characteristics of the I2C-bus

                              The I2C-bus is for 2-way, 2-line communication between different ICs or modules. The two
                              lines are a serial data line (SDA) and a serial clock line (SCL). Both lines must be
                              connected to a positive supply via a pull-up resistor when connected to the output stages
                              of a device. Data transfer may be initiated only when the bus is not busy.

                  8.1 Bit transfer

                              One data bit is transferred during each clock pulse. The data on the SDA line must remain
                              stable during the HIGH period of the clock pulse as changes in the data line at this time
                              will be interpreted as control signals (see Figure 16).

                         SDA

                         SCL

                                          data line                change   mba607
                                            stable;                of data
                                          data valid               allowed

                    Fig 16. Bit transfer

8.1.1 START and STOP conditions

          Both data and clock lines remain HIGH when the bus is not busy. A HIGH-to-LOW
          transition of the data line while the clock is HIGH is defined as the START condition (S). A
          LOW-to-HIGH transition of the data line while the clock is HIGH is defined as the STOP
          condition (P) (see Figure 17).

                    SDA

                                  SCL                                                P
                                                            S
                                                                            STOP condition
                                                 START condition                                   mba608

                    Fig 17. Definition of START and STOP conditions

                    8.2 System configuration

                            A device generating a message is a `transmitter'; a device receiving is the `receiver'. The
                            device that controls the message is the `master' and the devices which are controlled by
                            the master are the `slaves' (see Figure 18).

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SDA                             SLAVE         SLAVE           MASTER           MASTER                I2C-BUS
SCL                           RECEIVER  TRANSMITTER/      TRANSMITTER      TRANSMITTER/          MULTIPLEXER

                 MASTER                    RECEIVER                           RECEIVER
             TRANSMITTER/

                RECEIVER

                                                                           SLAVE

                                                                                                    002aaa966

Fig 18. System configuration

                    8.3 Acknowledge

                            The number of data bytes transferred between the START and the STOP conditions from
                            transmitter to receiver is not limited. Each byte of eight bits is followed by one
                            acknowledge bit. The acknowledge bit is a HIGH level put on the bus by the transmitter,
                            whereas the master generates an extra acknowledge related clock pulse.

                            A slave receiver which is addressed must generate an acknowledge after the reception of
                            each byte. Also a master must generate an acknowledge after the reception of each byte
                            that has been clocked out of the slave transmitter. The device that acknowledges has to
                            pull down the SDA line during the acknowledge clock pulse, so that the SDA line is stable
                            LOW during the HIGH period of the acknowledge related clock pulse; set-up time and hold
                            time must be taken into account.

                            A master receiver must signal an end of data to the transmitter by not generating an
                            acknowledge on the last byte that has been clocked out of the slave. In this event, the
                            transmitter must leave the data line HIGH to enable the master to generate a STOP
                            condition.

                                 data output
                              by transmitter

                                                                           not acknowledge

                              data output
                              by receiver

                                                                           acknowledge

                              SCL from master             1             2  8                     9

                                               S                                clock pulse for
                                                                           acknowledgement
                                                START
                                               condition                                         002aaa987

                    Fig 19. Acknowledgement on the I2C-bus

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9. Bus transactions                                                       16-channel, 12-bit PWM Fm+ I2C-bus LED controller

                        slave address            control register         data for register D[7:0](1)

         S 1 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 A D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 A                                           AP

         START condition               R/W acknowledge                    acknowledge        acknowledge
                                                from slave                from slave            from slave

                                                                                                           STOP
                                                                                                        condition

                                                                                                          002aac829

       (1) See Table 3 for register definition.
Fig 20. Write to a specific register

         slave address                 control register = MODE1 register  MODE1 register     MODE2 register
                                                                            1
S 1 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 A 0 0 0 0 0 0 0 0 A                                AI bit set     A                          A (cont.)

START condition         R/W acknowledge          acknowledge                              acknowledge  acknowledge
                                 from slave         from slave                            from slave      from slave

         LED15_OFF_L register          LED15_OFF_H register

(cont.)                        A                             AP

                        acknowledge              acknowledge
                           from slave               from slave

                                                               STOP                                                  002aad187
                                                            condition

Fig 21. Write to all registers using the Auto-Increment feature; AI initially clear

PCA9685_2                                        Rev. 02 -- 16 July 2009                               NXP B.V. 2009. All rights reserved.

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                                                                  16-channel, 12-bit PWM Fm+ I2C-bus LED controller

                        slave address        control register = MODE1 register        MODE1 register
                                                                                        1
         S 1 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 A 0 0 0 0 0 0 0 0 A                                                  A (cont.)

         START condition               R/W acknowledge            acknowledge         AI bit set     acknowledge
                                                from slave           from slave                         from slave

                          slave address                       data from MODE1         data from MODE2

         (cont.) Sr 1 A5 A4 A3 A2 A1 A0 1 A                                        A                                   A

         ReSTART                             R/W acknowledge        acknowledge                         acknowledge
          condition                                   from slave     from master                         from master

                            data from LED15_OFF_H register                                                                002aad188
                                                                        AP

                                                   not acknowledge STOP
                                                          from master condition

Fig 22. Read all registers using the Auto-Increment feature; AI initially clear

         slave address                      control register =      ALL_LED_ON_L register            ALL_LED_ON_H register
                                       ALL_LED_ON_L register

S 1 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 A 1 1 1 1 1 0 1 0 A                                                       A                                  A (cont.)

START condition         R/W acknowledge      acknowledge                              acknowledge                         acknowledge
                                 from slave     from slave                               from slave                          from slave

         ALL_LED_OFF_L register        ALL_LED_OFF_H register

(cont.)                          A                              AP

                        acknowledge          acknowledge STOP condition                                                              002aad189
                           from slave           from slave

Fig 23. Write to ALL_LED_ON and ALL_LED_OFF registers using the Auto-Increment feature; AI initially set

                        slave address              control register =                 ALL_LED_OFF_H register
                                             ALL_LED_OFF_H register

         S 1 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 A 1 1 1 1 1 1 0 1 A 0 0 0 1 X X X X A P

         START condition                 R/W acknowledge            acknowledge                       acknowledge
                                                  from slave           from slave                        from slave

                                                                                                                    STOP
                                                                                                                 condition

                                                                                                                    002aad190

Fig 24. Write to ALL_LED_OFF_H to turn OFF all PWMs

PCA9685_2                                    Rev. 02 -- 16 July 2009                                                       NXP B.V. 2009. All rights reserved.

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                                                                   16-channel, 12-bit PWM Fm+ I2C-bus LED controller

                    slave address                                  control register         data for MODE1 register

sequence (A)(1) S 1 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 A 0 0 0 0 0 0 0 0 A 0 0 1 0 0 1 1 1 A P

                    START condition          R/W                         MODE1                           AI on  enable ALL CALL         STOP
                                                                   register selection                                                   condition
                                     acknowledge                                            acknowledge                  acknowledge
                                        from slave                   control register       from slave                      from slave

                    slave address                                                           new LEDALLCALL I2C-bus address

sequence (B)(1) S 1 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 A 0 0 0 0 0 1 0 1 A 1 0 1 0 1 0 1 X A P

                    START condition  R/W                            ALLCALLADR              acknowledge         acknowledge STOP
                                                                   register selection       from slave             from slave condition
                                                   acknowledge
                                                       from slave    control register       data for control register
                                                                                                ALL_LED_ON_L
                    LEDALLCALL I2C-bus address

sequence (C) S 1 0 1 0 1 0 1 0 A 1 1 1 1 1 0 1 0 A 0 0 0 0 0 0 0 0 A (cont.)

                    START condition  R/W                           ALL_LED_ON_L             acknowledge(2)      acknowledge(2)
                                                                   register selection       from slave                from slave
                         acknowledge(2) from all the
                                                                                            ALL_LED_OFF_H
                    devices configured for the new
                     LEDALLCALL I2C-bus address

(cont.) 0 0 0 0 0 0 0 0 A 0 0 0 0 0 0 0 0 A 0 0 0 0 1 0 0 0 A P

                    ALL_LED_ON_H                                   data for ALL_LED_OFF_L   acknowledge(2)      acknowledge(2) STOP
                     control register                                     control register  from slave                from slave condition

                                      acknowledge(2)                                                                                       002aad192
                                            from slave

       (1) In this example, several PCA9685s are used and the same sequences (A) and (B) above are sent to each of them.
       (2) Acknowledge from all the slave devices configured for the new LED All Call I2C-bus address in sequence (B).
Fig 25. LED All Call I2C-bus address programming and LED All Call sequence example

PCA9685_2                                                          Rev. 02 -- 16 July 2009                              NXP B.V. 2009. All rights reserved.

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                                                 16-channel, 12-bit PWM Fm+ I2C-bus LED controller

10. Application design-in information

                                                                                                                            5V  12 V
                    VDD = 2.5 V, 3.3 V or 5.0 V                                                                                 12 V
                                                                                                                                12 V
                        (1) (1)  10 k(2)

I2C-BUS/SMBus                               SDA  VDD
    MASTER                                  SCL            LED0
                SDA
                                                           LED1
                 SCL

                                                 LED2

                    OE           OE              LED3

                                                                 5V

                                                 PCA9685

                                                 LED4
                                                 LED5
                                                 LED6
                                                 LED7

                                                                        5V

                                                 LED8

                                                 LED9

                                                 LED10

                                                 LED11

                                 EXTCLK                          5V                                                             12 V

                                 A0

                                 A1

                                 A2

                                 A3              LED12

                                 A4
                                                      LED13

                                 A5

                                                 LED14

                                 VSS             LED15

                                                 002aac827

             I2C-bus address = 1010 101x.
             All 16 of the LEDn outputs configurable as either open-drain or totem pole. Mixing of configuration is not possible.
             Remark: Set INVRT = 0, OUTDRV = 1, OUTNE = 01 (MODE2 register bits)
       (1) Resistor value should be chosen by referencing section 7 of UM10204, "I2C-bus specification and user manual".
       (2) OE requires pull-up resistor if control signal from the master is open-drain.

Fig 26. Typical application

PCA9685_2                        Rev. 02 -- 16 July 2009                                                                         NXP B.V. 2009. All rights reserved.

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                    16-channel, 12-bit PWM Fm+ I2C-bus LED controller

                    Question 1: What kind of edge rate control is there on the outputs?

                      The typical edge rates depend on the output configuration, supply voltage, and the

                         applied load. The outputs can be configured as either open-drain NMOS or totem pole
                         outputs. If the customer is using the part to directly drive LEDs, they should be using it
                         in an open-drain NMOS, if they are concerned about the maximum ISS and ground
                         bounce. The edge rate control was designed primarily to slow down the turn-on of the
                         output device; it turns off rather quickly (~1.5 ns). In simulation, the typical turn-on
                         time for the open-drain NMOS was ~14 ns (VDD = 3.6 V; CL = 50 pF; RPU = 500 ).

                    Question 2: Is ground bounce possible?

                      Ground bounce is a possibility, especially if all 16 outputs are changed at full current

                         (25 mA each). There is a fair amount of decoupling capacitance on chip (~50 pF),
                         which is intended to suppress some of the ground bounce. The customer will need to
                         determine if additional decoupling capacitance externally placed as close as
                         physically possible to the device is required.

                    Question 3: Can I really sink 400 mA through the single ground pin on the package and
                    will this cause any ground bounce problem due to the PWM of the LEDs?

                      Yes, you can sink 400 mA through a single ground pin on the package. Although the

                         package only has one ground pin, there are two ground pads on the die itself
                         connected to this one pin. Although some ground bounce is likely, it will not disrupt the
                         operation of the part and would be reduced by the external decoupling capacitance.

                    Question 4: I can't turn the LEDs on or off, but their registers are set properly. Why?

                      Check the MODE1 register SLEEP (bit 4) setting. The bit needs to be 0 in order to

                         enable the clocking. If both clock sources (internal osc and EXTCLK) are turned OFF
                         (bit 4 = 1), the LEDs cannot be dimmed or blinked.

                    Question 5: I'm using LEDs with integrated Zener diodes and the IC is getting very hot.
                    Why?

                      The IC outputs can be set to either open-drain or push-pull and default to push-pull

                         outputs. In this application with the Zener diodes, they need to be set to open-drain
                         since in the push-pull architecture there is a low resistance path to GND through the
                         Zener and this is causing the IC to overheat.

PCA9685_2           Rev. 02 -- 16 July 2009   NXP B.V. 2009. All rights reserved.

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NXP Semiconductors                                                      PCA9685

                                                 16-channel, 12-bit PWM Fm+ I2C-bus LED controller

                                             LED supply                 CONSTANT    FB
                                                                 VIN     CURRENT    OUT
                                                                      SWITCH MODE
                                                                       REGULATOR                  Iconstant

                                                                                     LIGHT
                                                                                    SENSOR

                    VDD = 2.5 V, 3.3 V or 5.0 V                                                      LED
                                                                                                     string
                                        (1)      (1)  10 k(2)
                                                                                                  Rsense
                    ASIC/MICRO                                   SDA          VDD
                                                                 SCL                    LED0
                                  SDA                                                   LED1
                                   SCL                           OE                     LED2
                                                                                        LED3
                    OE

                                                                           PCA9685

                                                                              LED4
                                                                              LED5
                                                                              LED6
                                                                              LED7

                                                                      EXTCLK

                                                                               LED8
                                                                               LED9
                                                                              LED10
                                                                              LED11

                                                                      A0

                                                                      A1

                                                                      A2

                                                                      A3      LED12

                                                                      A4
                                                                                           LED13

                                                                      A5
                                                                                           LED14

                                                                      VSS     LED15

                                                                              002aac828

                                 I2C-bus address = 1010 101x.
                                 Remark: Set INVRT = 0, OUTDRV = 1, OUTNE = 01 (MODE2 register bits) for this configuration.
                           (1) Resistor value should be chosen by referencing Section 7 of UM10204, "I2C-bus specification and
                                 user manual".
                           (2) OE requires pull-up resistor if control signal from the master is open-drain.

                    Fig 27. LCD backlighting application

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                                                             16-channel, 12-bit PWM Fm+ I2C-bus LED controller

11. Limiting values

                    Table 12. Limiting values
                    In accordance with the Absolute Maximum Rating System (IEC 60134).

                    Symbol Parameter                                Conditions             Min         Max       Unit

                    VDD             supply voltage                                         -0.5        +6.0      V

                    VI/O            voltage on an input/output pin                         VSS - 0.5 5.5         V

                    IO(LEDn)        output current on pin LEDn                             -           25        mA

                    ISS             ground supply current                                  -           400       mA
                    Ptot            total power dissipation
                    Tstg            storage temperature                                    -           400       mW
                    Tamb            ambient temperature
                                                                                           -65         +150      C

                                                                    operating              -40         +85       C

12. Static characteristics

Table 13. Static characteristics
VDD = 2.3 V to 5.5 V; VSS = 0 V; Tamb = -40 C to +85 C; unless otherwise specified.

Symbol Parameter                          Conditions                                   Min       Typ       Max      Unit

Supply                                                                                           -
                                                                                                 6
VDD       supply voltage                                                              2.3                  5.5      V
                                                                                      -          2.2
IDD       supply current                  operating mode; no load;                                         10       mA
                                          fSCL = 1 MHz; VDD = 2.3 V to 5.5 V          -          1.70
Istb      standby current                                                         [1] -                    15.5     A
                                          no load; fSCL = 0 Hz; VI = VDD or VSS;                 -
VPOR      power-on reset voltage          VDD = 2.3 V to 5.5 V                                   -         2.0      V
                                                                                                 28
                                          no load; VI = VDD or VSS                               40
                                                                                                 -
Input SCL; input/output SDA                                                                      6

VIL       LOW-level input voltage                                                      -0.5      25        +0.3VDD V
                                                                                       0.7VDD    -
VIH       HIGH-level input voltage                                                     20        -         5.5      V
                                                                                       30        -
IOL       LOW-level output current        VOL = 0.4 V; VDD = 2.3 V                     -1        -         -        mA
                                          VOL = 0.4 V; VDD = 5.0 V                     -         -
                                          VI = VDD or VSS                                        -         -        mA
                                          VI = VSS                                               5
IL        leakage current                                                                                  +1       A

Ci        input capacitance                                                                                10       pF

LED driver outputs

IOL       LOW-level output current        VOL = 0.5 V; VDD = 2.3 V to 4.5 V       [2] 12                   -        mA
IOL(tot)  total LOW-level output current  VOL = 0.5 V; VDD = 4.5 V                [2] -
IOH       HIGH-level output current       open-drain; VOH = VDD                                            400      mA
VOH       HIGH-level output voltage       IOH = -10 mA; VDD = 2.3 V                   -10
                                          IOH = -10 mA; VDD = 3.0 V                   1.6                  +10      A
IOZ       OFF-state output current        IOH = -10 mA; VDD = 4.5 V                   2.3
Co        output capacitance              3-state; VOH = VDD or VSS                   4.0                  -        V
                                                                                      -10
                                                                                      -                    -        V

                                                                                                           -        V

                                                                                                           +10      A

                                                                                                           8        pF

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Product data sheet                                                                                                        37 of 50
NXP Semiconductors                                                                            PCA9685

                                                                       16-channel, 12-bit PWM Fm+ I2C-bus LED controller

Table 13. Static characteristics ...continued
VDD = 2.3 V to 5.5 V; VSS = 0 V; Tamb = -40 C to +85 C; unless otherwise specified.

Symbol Parameter                                 Conditions                                             Min   Typ  Max             Unit

Address inputs; OE input; EXTCLK

VIL           LOW-level input voltage                                                                   -0.5  -    +0.3VDD V

VIH           HIGH-level input voltage                                                                  0.7VDD -   5.5             V

ILI           input leakage current                                                                     -1    -    +1              A

Ci            input capacitance                                                                         -     3    5               pF

[1] VDD must be lowered to 0.2 V in order to reset part.
[2] Each bit must be limited to a maximum of 25 mA and the total package limited to 400 mA due to internal busing limits.

          10                                     002aad877                  60                                     002aad878
     IDD
     (mA)           VDD = 5.5 V                                         IOL          VDD = 4.5 V
                                                                       (mA)                   3.0 V
           8
                                                                            40
           6

     4                 3.3 V                                                                 2.3 V
                                                                           20

     2                 2.3 V

     0                                                                     0

     -50            0                   50             100                 -50                       0        50              100

                                            Tamb (C)                                                              Tamb (C)

Fig 28. IDD typical values with OSC on and                             Fig 29. IOL typical drive (LEDn outputs) versus
            fSCL = 1 MHz versus temperature                                        temperature

                                              5                                      002aad879

                                        Istb
                                        (A)

                                              4

                                            3    VDD = 5.5 V

                                            2

                                            1
                                                             3.3 V

                                                       2.3 V

                                            0

                                            -50                     0  50             100

                                                                           Tamb (C)

Fig 30. Standby supply current versus temperature

PCA9685_2                                                   Rev. 02 -- 16 July 2009                                 NXP B.V. 2009. All rights reserved.

Product data sheet                                                                                                                    38 of 50
        PCA9685_2                              Table 14.  xxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx x xxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxx xxx xxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx                   NXP Semiconductors
                                                          xxxxx xxxxxx xx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxx xxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxx
Product data sheet                                        xxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxx xxxxxx xx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxx                   13. Dynamic characteristics
                                                          xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxx xxxxx x x
                                                          Dynamic characteristics

                                               Symbol Parameter                              Conditions                     Standard-mode  Fast-mode I2C-bus Fast-mode Plus Unit
                                                                                                                                 I2C-bus                                       I2C-bus

                                                                                                                            Min  Max       Min  Max Min Max

                                               fSCL       SCL clock frequency                                       [1]     0    100       0    400           0     1000 kHz
                                               fEXTCLK    frequency on pin EXTCLK
                                               tBUF       bus free time between a STOP                                      DC   50        DC   50 DC               50 MHz
                                                          and START condition
                                                                                                                            4.7  -         1.3  -             0.5   - s

                                               tHD;STA    hold time (repeated) START                                        4.0  -         0.6  -             0.26  - s
                                                          condition

                                               tSU;STA    set-up time for a repeated                                        4.7  -         0.6  -             0.26  - s
                                                          START condition

                                               tSU;STO    set-up time for STOP condition                                    4.0  -         0.6  -             0.26  - s
                                               tHD;DAT    data hold time
                                               tVD;ACK    data valid acknowledge time                                       0    -         0    -             0     - ns
                                               tVD;DAT    data valid time
                                               tSU;DAT    data set-up time                                          [2] 0.3      3.45      0.1  0.9 0.05 0.45 s
                                               tLOW       LOW period of the SCL clock
Rev. 02 -- 16 July 2009                        tHIGH      HIGH period of the SCL clock                              [3] 0.3      3.45      0.1  0.9 0.05 0.45 s
                                               tf         fall time of both SDA and SCL
                                                          signals                                                           250  -         100  -             50    - ns

                                                                                                                            4.7  -         1.3  -             0.5   - s

                                                                                                                            4.0  -         0.6  -             0.26  - s                  PCA9685

                                                                                                                    [4][5]  -    300       20 + 0.1Cb[6] 300  -     120 ns              16-channel, 12-bit PWM Fm+ I2C-bus LED controller

                                               tr         rise time of both SDA and SCL                                     -    1000 20 + 0.1Cb[6] 300       -     120 ns

                                                          signals

                                               tSP        pulse width of spikes that must                           [7]     -    50        -    50            -     50 ns

                                                          be suppressed by the input filter

                                               tPLZ       LOW to OFF-state propagation OE to LEDn;                          -    40        -    40            -     40 ns

                                                          delay                              OUTNE[1:0] = 10 or 11

                                                                                             in MODE2 register

                                               tPZL       OFF-state to LOW propagation OE to LEDn;                          -    60        -    60            -     60 ns

                                                          delay                              OUTNE[1:0] = 10 or 11

         NXP B.V. 2009. All rights reserved.                                                in MODE2 register

39 of 50                                       tPHZ       HIGH to OFF-state propagation OE to LEDn;                         -    60        -    60            -     60 ns

                                                          delay                              OUTNE[1:0] = 10 or 11

                                                                                             in MODE2 register
        PCA9685_2                              Table 14.  xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxx x x x xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxx xx xx                                                           NXP Semiconductors
                                                          xxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxx x x
Product data sheet                                        xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxx
                                                          xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxx
                                                          Dynamic characteristics ...continued

                                               Symbol Parameter  Conditions                          Standard-mode  Fast-mode I2C-bus Fast-mode Plus Unit
                                                                                                          I2C-bus                                       I2C-bus

                                                                                                     Min  Max       Min  Max Min Max

                                               tPZH       OFF-state to HIGH propagation OE to LEDn;  -    40        -    40  -  40 ns

                                                          delay  OUTNE[1:0] = 10 or 11

                                                                 in MODE2 register

                                               tPLH       LOW to HIGH propagation delay OE to LEDn;  -    40        -    40  -  40 ns

                                                                 OUTNE[1:0] = 01

                                                                 in MODE2 register

                                               tPHL       HIGH to LOW propagation delay OE to LEDn;  -    60        -    60  -  60 ns

                                                                 OUTNE[1:0] = 00

                                                                 in MODE2 register

Rev. 02 -- 16 July 2009                        [1] Minimum SCL clock frequency is limited by the bus time-out feature, which resets the serial bus interface if either SDA or SCL is held LOW for a minimum of 25 ms. Disable bus             PCA9685
                                                     time-out feature for DC operation.
                                                                                                                                                                                                                                            16-channel, 12-bit PWM Fm+ I2C-bus LED controller
                                               [2] tVD;ACK = time for Acknowledgement signal from SCL LOW to SDA (out) LOW.
                                               [3] tVD;DAT = minimum time for SDA data out to be valid following SCL LOW.
                                               [4] A master device must internally provide a hold time of at least 300 ns for the SDA signal (refer to the VIL of the SCL signal) in order to bridge the undefined region of SCL's falling

                                                     edge.

                                               [5] The maximum tf for the SDA and SCL bus lines is specified at 300 ns. The maximum fall time (tf) for the SDA output stage is specified at 250 ns. This allows series protection
                                                     resistors to be connected between the SDA and the SCL pins and the SDA/SCL bus lines without exceeding the maximum specified tf.

                                               [6] Cb = total capacitance of one bus line in pF.
                                               [7] Input filters on the SDA and SCL inputs suppress noise spikes less than 50 ns.

         NXP B.V. 2009. All rights reserved.

40 of 50
NXP Semiconductors                                                                           PCA9685

                                                                      16-channel, 12-bit PWM Fm+ I2C-bus LED controller

SDA

        tBUF                           tr                      tf                         tHD;STA                  tSP
                       tLOW

SCL

                       tHD;STA                                                                     tSU;STA         tSU;STO
                                                                                          Sr                                           P
     P              S            tHD;DAT            tHIGH             tSU;DAT
                                                                                                                                   002aaa986

Fig 31. Definition of timing

                       protocol   START                 bit 7             bit 6           bit 1             bit 0  acknowledge   STOP
                                 condition              MSB               (A6)            (D1)              (D0)         (A)    condition
                                                        (A7)
                                     (S)                                                                                            (P)

                                 tSU;STA            tLOW tHIGH            1 / fSCL
                                  tBUF
                       SCL                          tr                tf
                       SDA

                                           tHD;STA                    tSU;DAT tHD;DAT     tVD;DAT                  tVD;ACK    tSU;STO
                                                                                                                                    002aab285

                                    Rise and fall times refer to VIL and VIH.
                       Fig 32. I2C-bus timing diagram

                                                                  VI      VM                        VM
                                                 OE input                  tPLZ                     tPZL

                                                               VSS        tPHZ      VX                        VM
                                                                                      VY             tPZH
                                            LEDn output VDD
                                           LOW-to-OFF                     outputs         outputs                  VM
                                           OFF-to-LOW                     enabled         disabled
                                                                                                                     outputs
                                                               VOL                                                   enabled
                                                                                                                   002aad810
                                            LEDn output VOH
                                           HIGH-to-OFF
                                           OFF-to-HIGH

                                                               VSS

                       Fig 33. tPLZ, tPZL and tPHZ, tPZH times

PCA9685_2                                           Rev. 02 -- 16 July 2009                                                 NXP B.V. 2009. All rights reserved.

Product data sheet                                                                                                                             41 of 50
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14. Test information                       16-channel, 12-bit PWM Fm+ I2C-bus LED controller

                                                           VDD                  RL      VDD
                                                                                500     open
                                                                                        VSS

                                    PULSE      VI                   VO
                                GENERATOR
                                                           DUT

                                                       RT                       CL
                                                                                50 pF

                                                                                         002aab880

                                 RL = Load resistor for LEDn.
                                 CL = Load capacitance includes jig and probe capacitance.
                                 RT = Termination resistance should be equal to the output impedance Zo of the pulse generators.
                    Fig 34. Test circuitry for switching times

                                                       VDD                      S1      VDD 2
                                                                                        open
                                                                                 RL
                                                                                 500    VSS

                                    PULSE  VI                   VO
                                GENERATOR
                                                       DUT

                                                   RT                       CL  RL

                                                                            50 pF 500

                                                                                        002aad811

                                 RL = Load resistor for LEDn.
                                 CL = Load capacitance includes jig and probe capacitance.
                                 RT = Termination resistance should be equal to the output impedance Zo of the pulse generators.
                                 Test data are given in Table 15.

                    Fig 35. Test circuitry for switching times for enable/disable

                    Table 15. Test data for enable/disable switching times

                    Test        Load                                                    Switch

                    tPD         CL                          RL                          open
                    tPLZ, tPZL  50 pF                       500                         VDD 2
                    tPHZ, tPZH  50 pF                       500                         VSS
                                50 pF                       500

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15. Package outline                                                         16-channel, 12-bit PWM Fm+ I2C-bus LED controller

TSSOP28: plastic thin shrink small outline package; 28 leads; body width 4.4 mm                                                                          SOT361-1

                                            D                                                        E                        A      X

           y                                                                    c                                                       vM A
        Z                                                                                                     HE
      28
                                                                    15                                               Q
                  pin 1 index
                                                                    14               A2                                       (A 3)                 A
       1                                                                wM                A1
                                       e
                                                            bp                                                                                    
                                                                                                                             Lp
                                                                                                                          L

                                                                                                                  detail X

                                                       0            2.5              5 mm

                                                                    scale

DIMENSIONS (mm are the original dimensions)

UNIT    A           A1    A2       A3  bp      c       D (1) E (2)  e           HE   L        Lp  Q               v  w           y                  Z (1)  
      max.

mm    1.1           0.15  0.95  0.25   0.30    0.2     9.8  4.5     0.65        6.6  1        0.75 0.4            0.2 0.13 0.1                      0.8    8o
                    0.05  0.80         0.19    0.1     9.6  4.3                 6.2           0.50 0.3                                              0.5    0o

Notes
1. Plastic or metal protrusions of 0.15 mm maximum per side are not included.
2. Plastic interlead protrusions of 0.25 mm maximum per side are not included.

OUTLINE                                             REFERENCES                                                     EUROPEAN          ISSUE DATE
                                                                                                                  PROJECTION
VERSION                       IEC              JEDEC                JEITA                                                              99-12-27
                                                                                                                                       03-02-19
SOT361-1                                       MO-153

Fig 36. Package outline SOT361-1 (TSSOP28)

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HVQFN28: plastic thermal enhanced very thin quad flat package; no leads;                                                    SOT788-1
28 terminals; body 6 x 6 x 0.85 mm
                                                                                                                                 c
                                              D                          BA

       terminal 1
       index area

                                                                                E               A A1

                                                                                                            detail X

                                        e1                                                                            C

                              e                         b                       vMC A B             y1 C                 y
                           8
       L                                                      14                wMC
                 7
                                                                    15

                                                                         e

                    Eh                                                          e2

                        1                                           21

       terminal 1             28

       index area                                             22

                                        Dh                                                                            X

                                                 0                  2.5                    5 mm

DIMENSIONS (mm are the original dimensions)                         scale

          A(1)                c    D(1) Dh E(1) Eh            e     e1 e2            L     v     w    y     y1
UNIT max. A1 b

mm  1  0.05             0.35  0.2  6.1  4.25     6.1    4.25  0.65  3.9         3.9  0.75  0.1   0.05 0.05  0.1
       0.00             0.25       5.9  3.95     5.9    3.95                         0.50

Note
1. Plastic or metal protrusions of 0.075 mm maximum per side are not included.

    OUTLINE                                           REFERENCES                                           EUROPEAN         ISSUE DATE
                                                                                                          PROJECTION           02-10-22
    VERSION                   IEC                JEDEC              JEITA

    SOT788-1                  ---             MO-220                ---

Fig 37. Package outline SOT788-1 (HVQFN28)

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16. Handling information

                    All input and output pins are protected against ElectroStatic Discharge (ESD) under
                    normal handling. When handling ensure that the appropriate precautions are taken as
                    described in JESD625-A or equivalent standards.

17. Soldering of SMD packages

                    This text provides a very brief insight into a complex technology. A more in-depth account
                    of soldering ICs can be found in Application Note AN10365 "Surface mount reflow
                    soldering description".

17.1 Introduction to soldering

          Soldering is one of the most common methods through which packages are attached to
          Printed Circuit Boards (PCBs), to form electrical circuits. The soldered joint provides both
          the mechanical and the electrical connection. There is no single soldering method that is
          ideal for all IC packages. Wave soldering is often preferred when through-hole and
          Surface Mount Devices (SMDs) are mixed on one printed wiring board; however, it is not
          suitable for fine pitch SMDs. Reflow soldering is ideal for the small pitches and high
          densities that come with increased miniaturization.

17.2 Wave and reflow soldering

          Wave soldering is a joining technology in which the joints are made by solder coming from
          a standing wave of liquid solder. The wave soldering process is suitable for the following:

          Through-hole components
          Leaded or leadless SMDs, which are glued to the surface of the printed circuit board

          Not all SMDs can be wave soldered. Packages with solder balls, and some leadless
          packages which have solder lands underneath the body, cannot be wave soldered. Also,
          leaded SMDs with leads having a pitch smaller than ~0.6 mm cannot be wave soldered,
          due to an increased probability of bridging.

          The reflow soldering process involves applying solder paste to a board, followed by
          component placement and exposure to a temperature profile. Leaded packages,
          packages with solder balls, and leadless packages are all reflow solderable.

          Key characteristics in both wave and reflow soldering are:

          Board specifications, including the board finish, solder masks and vias
          Package footprints, including solder thieves and orientation
          The moisture sensitivity level of the packages
          Package placement
          Inspection and repair
          Lead-free soldering versus SnPb soldering

17.3 Wave soldering

          Key characteristics in wave soldering are:

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                                       16-channel, 12-bit PWM Fm+ I2C-bus LED controller

                     Process issues, such as application of adhesive and flux, clinching of leads, board

                       transport, the solder wave parameters, and the time during which components are
                       exposed to the wave

                     Solder bath specifications, including temperature and impurities

17.4 Reflow soldering

          Key characteristics in reflow soldering are:

                     Lead-free versus SnPb soldering; note that a lead-free reflow process usually leads to

                       higher minimum peak temperatures (see Figure 38) than a SnPb process, thus
                       reducing the process window

                     Solder paste printing issues including smearing, release, and adjusting the process

                       window for a mix of large and small components on one board

                     Reflow temperature profile; this profile includes preheat, reflow (in which the board is

                       heated to the peak temperature) and cooling down. It is imperative that the peak
                       temperature is high enough for the solder to make reliable solder joints (a solder paste
                       characteristic). In addition, the peak temperature must be low enough that the
                       packages and/or boards are not damaged. The peak temperature of the package
                       depends on package thickness and volume and is classified in accordance with
                       Table 16 and 17

                    Table 16. SnPb eutectic process (from J-STD-020C)

                    Package thickness (mm) Package reflow temperature (C)

                                Volume (mm3)

                                < 350                                        350

                    < 2.5       235                                         220

                     2.5        220                                         220

                    Table 17. Lead-free process (from J-STD-020C)

                    Package thickness (mm) Package reflow temperature (C)

                                Volume (mm3)

                                < 350                              350 to 2000    > 2000
                                                                                  260
                    < 1.6       260                                260            245
                                                                                  245
                    1.6 to 2.5  260                                250

                    > 2.5       250                                245

                    Moisture sensitivity precautions, as indicated on the packing, must be respected at all
                    times.

                    Studies have shown that small packages reach higher temperatures during reflow
                    soldering, see Figure 38.

PCA9685_2                       Rev. 02 -- 16 July 2009                            NXP B.V. 2009. All rights reserved.

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NXP Semiconductors                                                                  PCA9685

                                                             16-channel, 12-bit PWM Fm+ I2C-bus LED controller

                             temperature               maximum peak temperature
                                                         = MSL limit, damage level

                                                     minimum peak temperature
                                             = minimum soldering temperature

                                                                                             peak
                                                                                         temperature

                                                                                                                                                                        time
                                                                                                                                                                                    001aac844

                                   MSL: Moisture Sensitivity Level
                      Fig 38. Temperature profiles for large and small components

                    For further information on temperature profiles, refer to Application Note AN10365
                    "Surface mount reflow soldering description".

18. Abbreviations

                    Table 18. Abbreviations

                    Acronym               Description

                    CDM                   Charged-Device Model

                    DUT                   Device Under Test

                    EMI                   ElectroMagnetic Interference

                    ESD                   ElectroStatic Discharge

                    HBM                   Human Body Model

                    I2C-bus               Inter-Integrated Circuit bus

                    LCD                   Liquid Crystal Display

                    LED                   Light Emitting Diode

                    LSB                   Least Significant Bit

                    MM                    Machine Model

                    MSB                   Most Significant Bit

                    NMOS                  Negative-channel Metal-Oxide Semiconductor

                    PCB                   Printed-Circuit Board

                    PMOS                  Positive-channel Metal-Oxide Semiconductor

                    POR                   Power-On Reset

                    PWM                   Pulse Width Modulation; Pulse Width Modulator

                    RGB                   Red/Green/Blue

                    RGBA                  Red/Green/Blue/Amber

                    SMBus                 System Management Bus

PCA9685_2                                 Rev. 02 -- 16 July 2009                         NXP B.V. 2009. All rights reserved.

Product data sheet                                                                                          47 of 50
NXP Semiconductors                                                            PCA9685

                                                       16-channel, 12-bit PWM Fm+ I2C-bus LED controller

19. Revision history

Table 19. Revision history

Document ID         Release date  Data sheet status        Change notice  Supersedes

PCA9685_2           20090716      Product data sheet       -              PCA9685_1

Modifications:       Table 1 "Ordering information":

                     added type number PCA9685PW/Q900

                        added Table note [1]

                     Figure 2 "Pin configuration for TSSOP28": added type number PCA9685PW/Q900

PCA9685_1           20080724      Product data sheet       -              -

PCA9685_2                         Rev. 02 -- 16 July 2009                     NXP B.V. 2009. All rights reserved.

Product data sheet                                                                              48 of 50
NXP Semiconductors                                                                                      PCA9685

                                                                                 16-channel, 12-bit PWM Fm+ I2C-bus LED controller

20. Legal information

20.1 Data sheet status

Document status[1][2]       Product status[3]  Definition
                                               This document contains data from the objective specification for product development.
Objective [short] data sheet Development       This document contains data from the preliminary specification.
                                               This document contains the product specification.
Preliminary [short] data sheet Qualification

Product [short] data sheet  Production

[1] Please consult the most recently issued document before initiating or completing a design.

[2] The term `short data sheet' is explained in section "Definitions".

[3] The product status of device(s) described in this document may have changed since this document was published and may differ in case of multiple devices. The latest product status
        information is available on the Internet at URL http://www.nxp.com.

20.2 Definitions                                                                 damage. NXP Semiconductors accepts no liability for inclusion and/or use of
                                                                                 NXP Semiconductors products in such equipment or applications and
Draft -- The document is a draft version only. The content is still under        therefore such inclusion and/or use is at the customer's own risk.
internal review and subject to formal approval, which may result in
modifications or additions. NXP Semiconductors does not give any                 Applications -- Applications that are described herein for any of these
representations or warranties as to the accuracy or completeness of              products are for illustrative purposes only. NXP Semiconductors makes no
information included herein and shall have no liability for the consequences of  representation or warranty that such applications will be suitable for the
use of such information.                                                         specified use without further testing or modification.

Short data sheet -- A short data sheet is an extract from a full data sheet      Limiting values -- Stress above one or more limiting values (as defined in
with the same product type number(s) and title. A short data sheet is intended   the Absolute Maximum Ratings System of IEC 60134) may cause permanent
for quick reference only and should not be relied upon to contain detailed and   damage to the device. Limiting values are stress ratings only and operation of
full information. For detailed and full information see the relevant full data   the device at these or any other conditions above those given in the
sheet, which is available on request via the local NXP Semiconductors sales      Characteristics sections of this document is not implied. Exposure to limiting
office. In case of any inconsistency or conflict with the short data sheet, the  values for extended periods may affect device reliability.
full data sheet shall prevail.
                                                                                 Terms and conditions of sale -- NXP Semiconductors products are sold
20.3 Disclaimers                                                                 subject to the general terms and conditions of commercial sale, as published
                                                                                 at http://www.nxp.com/profile/terms, including those pertaining to warranty,
General -- Information in this document is believed to be accurate and           intellectual property rights infringement and limitation of liability, unless
reliable. However, NXP Semiconductors does not give any representations or       explicitly otherwise agreed to in writing by NXP Semiconductors. In case of
warranties, expressed or implied, as to the accuracy or completeness of such     any inconsistency or conflict between information in this document and such
information and shall have no liability for the consequences of use of such      terms and conditions, the latter will prevail.
information.
                                                                                 No offer to sell or license -- Nothing in this document may be interpreted
Right to make changes -- NXP Semiconductors reserves the right to make           or construed as an offer to sell products that is open for acceptance or the
changes to information published in this document, including without             grant, conveyance or implication of any license under any copyrights, patents
limitation specifications and product descriptions, at any time and without      or other industrial or intellectual property rights.
notice. This document supersedes and replaces all information supplied prior
to the publication hereof.                                                       Export control -- This document as well as the item(s) described herein
                                                                                 may be subject to export control regulations. Export might require a prior
Suitability for use -- NXP Semiconductors products are not designed,             authorization from national authorities.
authorized or warranted to be suitable for use in medical, military, aircraft,
space or life support equipment, nor in applications where failure or            20.4 Trademarks
malfunction of an NXP Semiconductors product can reasonably be expected
to result in personal injury, death or severe property or environmental          Notice: All referenced brands, product names, service names and trademarks
                                                                                 are the property of their respective owners.
                                                                                 I2C-bus -- logo is a trademark of NXP B.V.

21. Contact information

For more information, please visit: http://www.nxp.com
For sales office addresses, please send an email to: salesaddresses@nxp.com

PCA9685_2                                      Rev. 02 -- 16 July 2009            NXP B.V. 2009. All rights reserved.

Product data sheet                                                                                  49 of 50
NXP Semiconductors                                                                                        PCA9685

                                                                                   16-channel, 12-bit PWM Fm+ I2C-bus LED controller

22. Contents

1        General description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1         17.1  Introduction to soldering. . . . . . . . . . . . . . . . . 45

2        Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2  17.2  Wave and reflow soldering . . . . . . . . . . . . . . . 45

3        Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3    17.3  Wave soldering. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

4        Ordering information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3          17.4  Reflow soldering. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

5        Block diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4       18    Abbreviations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

6        Pinning information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5         19    Revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

6.1      Pinning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5   20    Legal information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

6.2      Pin description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5       20.1  Data sheet status . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

7        Functional description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6            20.2  Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

7.1      Device addresses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6          20.3  Disclaimers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
7.1.1    Regular I2C-bus slave address . . . . . . . . . . . . . 6
7.1.2    LED All Call I2C-bus address . . . . . . . . . . . . . . 7                20.4  Trademarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
7.1.3    LED Sub Call I2C-bus addresses . . . . . . . . . . . 7
7.1.4    Software Reset I2C-bus address . . . . . . . . . . . 8                    21    Contact information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
7.2      Control register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
7.3      Register definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9        22    Contents. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
7.3.1    Mode register 1, MODE1 . . . . . . . . . . . . . . . . 13
7.3.1.1  Restart mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
7.3.2    Mode register 2, MODE2 . . . . . . . . . . . . . . . . 15
7.3.3    LED output and PWM control . . . . . . . . . . . . . 15
7.3.4    ALL_LED_ON and ALL_LED_OFF control. . . 24
7.3.5    PWM frequency PRE_SCALE . . . . . . . . . . . . 24
7.3.6    SUBADR1 to SUBADR3, I2C-bus
         subaddress 1 to 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
7.3.7    ALLCALLADR, LED All Call I2C-bus
         address . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
7.4      Active LOW output enable input . . . . . . . . . . . 26
7.5      Power-on reset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
7.6      Software reset. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
7.7      Using the PCA9685 with and without
         external drivers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

8        Characteristics of the I2C-bus. . . . . . . . . . . . . 29

8.1      Bit transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
8.1.1    START and STOP conditions . . . . . . . . . . . . . 29
8.2      System configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
8.3      Acknowledge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

9        Bus transactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

10       Application design-in information . . . . . . . . . 34

11       Limiting values. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

12       Static characteristics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

13       Dynamic characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

14       Test information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

15       Package outline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

16       Handling information. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

17       Soldering of SMD packages . . . . . . . . . . . . . . 45

                                                                                   Please be aware that important notices concerning this document and the product(s)
                                                                                   described herein, have been included in section `Legal information'.

                                                                                    NXP B.V. 2009.  All rights reserved.

                                                                                   For more information, please visit: http://www.nxp.com
                                                                                   For sales office addresses, please send an email to: salesaddresses@nxp.com

                                                                                                                                                                  Date of release: 16 July 2009
                                                                                                                                                            Document identifier: PCA9685_2
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