1 應(yīng)用簡報

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)和汽車設(shè)計中板對板通信的關(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。標準 I2C 接口包含一個雙線制接口，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鐘線 (SCL)。在僅使用兩條線路的情況下，內(nèi)部集成電路 (I2C) 標準可提供在控制器和 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行，通常為 100kHz 或 400kHz，最高為 1MHz，從而有時間在通信網(wǎng)絡(luò)中的器件之間進行握手。為 I2C 添加隔離功能（例如在 ISO1640 和 ISO1641 器件中）可斷開長距離接地回路，為操作人員提供保護，并防止對高壓系統(tǒng)造成損壞。盡管 I2C 是一種可靠的通信標準，但由于上述速度限制，在某些用例和系統(tǒng)中，它不是時間敏感型中斷的優(yōu)選協(xié)議。

與 I2C 相反，串行外設(shè)接口 (SPI) 使用 4 個通道在器件之間進行通信，并以更快的速度運行。SPI 不使用雙向線路或地址方案與網(wǎng)絡(luò)中的多個器件通信。而是使用單獨的片選 (/CS) 線路來記錄在總線上與哪個器件通信。借助此架構(gòu)，SPI 可以更高的速度運行，在某些情況下遠超過 40Mbps。隨著更多器件添加到通信總線中，會添加單獨的片選 (/CS) 線路。由于添加到總線中的器件需要單獨的 /CS 線路，I2C 總線的優(yōu)勢是能夠在單個通信總線中與大量器件通信，而無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 /CS 線路所需的隔離通道。由于 SPI 和 I2C 都有各自的優(yōu)勢，因此許多系統(tǒng)設(shè)計在同一模塊中同時包含 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 SPI 為時間敏感型信號提供隔離式解決方案。

為了在隔離式系統(tǒng)中適應(yīng)更快的信號通信和更慢的雙向 I2C 通信，以前使用過多芯片解決方案。德州儀器 (TI) 最新的數(shù)字隔離器系列 ISO67xx 提供 2、3、4 和 6 個用于隔離 UART、SPI 和 GPIO 的單向通道選項。要在 I2C 接口中使用這些器件，設(shè)計需要多個分立式元件（如何隔離 I2C 的信號和電源）。為了簡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，同時提供高質(zhì)量的隔離保護。我們?nèi)碌?ISO164x 系列在單個封裝中提供兩個雙向 I2C 通道和最多三個具有不同方向的單向選項。這使得設(shè)計變得更小，而不犧牲多條隔離式通信總線的功能和設(shè)計靈活性。
圖 1-1 顯示了從解決 I2C 和 SPI 問題的多芯片解決方案過渡到單個 ISO1644 后，節(jié)省的電路板面積的差異。

當系統(tǒng)中只有隔離式 I2C 總線時，ISO1642/3/4 器件也可提供出色的解決方案。由于 I2C 以較低的速度運行，某些設(shè)計可能具有時間敏感信號，例如復(fù)位或斷電信號，這些信號無法等待器件解碼 I2C 命令以執(zhí)行某項功能。GPIO 線路與 I2C 總線并行使用以處理這些信號，并且需要進行隔離。過去的解決方案是添加一個單獨的數(shù)字隔離器或光耦合器隔離器，以使額外的線路穿過隔離層。新 ISO1642/3/4 的發(fā)布使設(shè)計能夠與 I2C 器件并聯(lián)處理 2 條或 3 條 GPIO 線路，而無需增加 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現(xiàn)板內(nèi)通信，接口之間的適當選擇有時取決于速度、尺寸或時間敏感型信號的可靠性。結(jié)合使用隔離式 SPI 和隔離式 I2C 總線可盡可能減少空間，同時還能提供快速可靠的數(shù)據(jù)。TI 設(shè)計了一個具有 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滿足這些需求。