1 應(yīng)用簡(jiǎn)報(bào)

可靠且具有成本效益的集成電路 (IC) 隔離解決方案是工業(yè)和汽車(chē)設(shè)計(jì)中板對(duì)板通信的關(guān)鍵部分。有多種隔離式板內(nèi)接口可供選擇，每種接口都有各自的優(yōu)勢(shì)。標(biāo)準(zhǔn) I2C 接口包含一個(gè)雙線制接口，此接口具有一條雙向串行數(shù)據(jù) (SDA) 線和一條雙向或單向串行時(shí)鐘線 (SCL)。在僅使用兩條線路的情況下，內(nèi)部集成電路 (I2C) 標(biāo)準(zhǔn)可提供在控制器和 IC（例如數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器或傳感器）之間的多器件共享通信方法。I2C 協(xié)議通常以較慢的速度運(yùn)行，通常為 100kHz 或 400kHz，最高為 1MHz，從而有時(shí)間在通信網(wǎng)絡(luò)中的器件之間進(jìn)行握手。為 I2C 添加隔離功能（例如在 ISO1640 和 ISO1641 器件中）可斷開(kāi)長(zhǎng)距離接地回路，為操作人員提供保護(hù)，并防止對(duì)高壓系統(tǒng)造成損壞。盡管 I2C 是一種可靠的通信標(biāo)準(zhǔn)，但由于上述速度限制，在某些用例和系統(tǒng)中，它不是時(shí)間敏感型中斷的優(yōu)選協(xié)議。

與 I2C 相反，串行外設(shè)接口 (SPI) 使用 4 個(gè)通道在器件之間進(jìn)行通信，并以更快的速度運(yùn)行。SPI 不使用雙向線路或地址方案與網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)器件通信。而是使用單獨(dú)的片選 (/CS) 線路來(lái)記錄在總線上與哪個(gè)器件通信。借助此架構(gòu)，SPI 可以更高的速度運(yùn)行，在某些情況下遠(yuǎn)超過(guò) 40Mbps。隨著更多器件添加到通信總線中，會(huì)添加單獨(dú)的片選 (/CS) 線路。由于添加到總線中的器件需要單獨(dú)的 /CS 線路，I2C 總線的優(yōu)勢(shì)是能夠在單個(gè)通信總線中與大量器件通信，而無(wú)需增加使用的線路數(shù)量。在隔離式系統(tǒng)中，這需要增加每個(gè) /CS 線路所需的隔離通道。由于 SPI 和 I2C 都有各自的優(yōu)勢(shì)，因此許多系統(tǒng)設(shè)計(jì)在同一模塊中同時(shí)包含 SPI 和 I2C 總線。這使得系統(tǒng)能夠盡可能減少與 I2C 配合使用的隔離式線路的數(shù)量，并通過(guò) SPI 為時(shí)間敏感型信號(hào)提供隔離式解決方案。

為了在隔離式系統(tǒng)中適應(yīng)更快的信號(hào)通信和更慢的雙向 I2C 通信，以前使用過(guò)多芯片解決方案。德州儀器 (TI) 最新的數(shù)字隔離器系列 ISO67xx 提供 2、3、4 和 6 個(gè)用于隔離 UART、SPI 和 GPIO 的單向通道選項(xiàng)。要在 I2C 接口中使用這些器件，設(shè)計(jì)需要多個(gè)分立式元件（如何隔離 I2C 的信號(hào)和電源）。為了簡(jiǎn)化同一器件和封裝中 SPI 和 I2C 的使用，德州儀器 (TI) 發(fā)布了 ISO1642、ISO1643 和 ISO1644，以幫助減小電路板表面積，同時(shí)提供高質(zhì)量的隔離保護(hù)。我們?nèi)碌?ISO164x 系列在單個(gè)封裝中提供兩個(gè)雙向 I2C 通道和最多三個(gè)具有不同方向的單向選項(xiàng)。這使得設(shè)計(jì)變得更小，而不犧牲多條隔離式通信總線的功能和設(shè)計(jì)靈活性。
圖 1-1 顯示了從解決 I2C 和 SPI 問(wèn)題的多芯片解決方案過(guò)渡到單個(gè) ISO1644 后，節(jié)省的電路板面積的差異。

當(dāng)系統(tǒng)中只有隔離式 I2C 總線時(shí)，ISO1642/3/4 器件也可提供出色的解決方案。由于 I2C 以較低的速度運(yùn)行，某些設(shè)計(jì)可能具有時(shí)間敏感信號(hào)，例如復(fù)位或斷電信號(hào)，這些信號(hào)無(wú)法等待器件解碼 I2C 命令以執(zhí)行某項(xiàng)功能。GPIO 線路與 I2C 總線并行使用以處理這些信號(hào)，并且需要進(jìn)行隔離。過(guò)去的解決方案是添加一個(gè)單獨(dú)的數(shù)字隔離器或光耦合器隔離器，以使額外的線路穿過(guò)隔離層。新 ISO1642/3/4 的發(fā)布使設(shè)計(jì)能夠與 I2C 器件并聯(lián)處理 2 條或 3 條 GPIO 線路，而無(wú)需增加 IC 數(shù)量或增大電路板尺寸。這種單芯片解決方案不僅可以將電路板上的表面積減小 50%，還可以根據(jù)系統(tǒng)所需的 GPIO 通道數(shù)量提供具有成本效益的解決方案。

有多種解決方案可以實(shí)現(xiàn)板內(nèi)通信，接口之間的適當(dāng)選擇有時(shí)取決于速度、尺寸或時(shí)間敏感型信號(hào)的可靠性。結(jié)合使用隔離式 SPI 和隔離式 I2C 總線可盡可能減少空間，同時(shí)還能提供快速可靠的數(shù)據(jù)。TI 設(shè)計(jì)了一個(gè)具有 GPIO 集成功能的隔離式 I2C 系列，以滿足此需求。ISO164x 系列中的這些新一代隔離式 I2C 支持更廣泛的使用案例，并提供快速、可靠的尺寸敏感型解決方案來(lái)滿足這些需求。