简单 I2C 工业接口隔离器

出处:维库电子市场网时间:2024-12-17
  工业接口电路,几乎所有这些电路都仅使用一个标准隔离器。图 1-4 显示了工业应用中常见数字接口的简化原理图。
    图 1:隔离 RS-485 总线接口
   
  图 2:隔离式 CAN 总线接口
  

  图 3:隔离 RS-232 线路接口

  图 4:用于多主应用的隔离式 I 2 C 总线接口 
  请注意,为了清楚起见,省略了旁路电容器和上拉/下拉电阻器。前三个电路的共同点是异步数据传输模式,使用两条数据线和一条控制线用于驱动器/接收器启用/这仅需要节点控制器和符合标准的收发器芯片之间的三重隔离器。
  图 4 中的隔离式 I 2 C 或内部集成电路 (IIC) 接口是一种特殊情况,因为它仅支持几英寸的短通信链路,因此不需要线路收发器。在多主应用中,两个节点可能同时访问总线。然后,为了防止信号环回其源,使用双向缓冲区来支持从 R (x,y) 到 S (x,y)的接收流量 以及从S (x,y) 到S (x,y) 的发送流量。 T (x,y) ,但不是从 R (x,y) 到 T (x,y)的直接环回。
  幸运的是,多主控设计只占少数,而大部分是单主控应用。为此,我们可以显着简化图 4 中的电路。
  由于采用单主机,时钟信号 (SCL) 仅需要沿一个方向传输,从而将时钟隔离减少到一个通道。然后用晶体管二极管开关替换双向缓冲器,隔离栅的每一侧(图 5)将电路简化为我们的标准三重隔离器(图 6)。
 
  图 5:分离的发送和接收路径
  带晶体管开关
  在空闲模式下,隔离器输入 A 和 C 通过 R 2 和 R 4拉高,从而将输出 B 和 D 驱动为高电平。此外,主数据线和从数据线(SDA1和SDA2)经由R PU1 和R PU2被拉高。当主机通过将 SDA1 拉低来启动通信时,Q1 的基极-发射极结正向偏置,并且 Q1 将输入 A 拉低。
  输出 B 遵循低正向偏置 D2。 D2 导通并将 SDA2 拉低。同时,Q2 的基极-发射极结反向偏置,Q2 保持高阻抗。相同的开关顺序适用,只是当从机响应时方向相反。
   图 6:用于单主应用的隔离式 I 2 C 总线接口
  图 6 显示了终电路。至少使用 0.1 F电容器来缓冲芯片电源。始终通过 1k 将启用输入连接到相应的电源轨。 到 10k ? 电阻器。这些电阻器限制由于浪涌瞬态可能渗入电源线而进入芯片的电流。遵循良好的模拟设计实践,将滤波电容器(此处为 220 pF)应用于敏感的无噪声 CMOS 输入。
  如果没有必要的隔离电源,任何隔离设计都是不完整的。图7 提供了一种低成本、隔离式 DC/DC 转换器设计,可替代昂贵的集成 DC/DC 模块。初级和次级电源均可在 3.3V 至 5V 之间变化;表 1列出了 三种可能的电源组合的适当组件。
   图 7:隔离式 DC/DC 转换器
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