輕松實(shí)現(xiàn)隔離式SPI通信(目標(biāo)達(dá)成√)
發(fā)布時(shí)間:2019-12-04 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】監(jiān)測(cè)和控制不同的系統(tǒng)需要能夠直接訪問傳感器和驅(qū)動(dòng)器,最好是從一個(gè)中心位置,采用標(biāo)準(zhǔn)化通信方法(例如串行外設(shè)接口(SPI))進(jìn)行訪問。SPI是一種同步串行數(shù)據(jù)總線,幫助設(shè)備和中央控制單元之間進(jìn)行長(zhǎng)距離的數(shù)據(jù)交換。通信操作遵從主從原則,是全雙工的。SPI接口包含三行:SDI、SDO和SCK。
SPI通信方法適用的線纜距離不超過10米,通信距離更長(zhǎng)時(shí),通常需要用到中繼器,這是因?yàn)殡S著線纜增長(zhǎng),其線纜阻抗相應(yīng)增加,由此導(dǎo)致信號(hào)衰減。然后必須再次放大信號(hào)。與此同時(shí),線路會(huì)獲得更高的信噪比(SNR)??衫肁DI提供的isoSPI通信接口IC LTC6820 等器件來讀取這些信號(hào)。
得益于該器件的創(chuàng)新式設(shè)計(jì),可以使用雙絞線電纜和適用的變壓器來增強(qiáng)電氣隔離,由此相對(duì)輕松地最大化SPI通信。
由于工業(yè)環(huán)境通常比較惡劣,所以需要使用電氣隔離通信部件來保護(hù)用戶免受危險(xiǎn)電壓影響,同時(shí)確保系統(tǒng)的可靠性。此外,盡管偶爾會(huì)出現(xiàn)共模電壓,隔離也可以幫助實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量。因此,要將輸入級(jí)與系統(tǒng)的其余級(jí)分隔開來,同時(shí)仍然實(shí)現(xiàn)連接,隔離柵的使用就非常關(guān)鍵。
圖1顯示了所有從服務(wù)器如何受一個(gè)主服務(wù)器控制。主服務(wù)器和從服務(wù)器可以是微控制器或ADC,通常通過自身的SPI接口與傳感器或微控制器連接。因此,LTC6820能夠在兩個(gè)完全電氣隔離的器件之間實(shí)現(xiàn)SPI通信所需的雙向數(shù)據(jù)傳輸。它將來自主服務(wù)器的SPI信號(hào)編碼為速率最高1Mbps的差分信號(hào),然后通過電氣隔離柵和雙絞線傳輸。到了電纜另一端之后,差分信號(hào)再次由LTC6820接收并解碼為SPI信號(hào),然后再路由到從服務(wù)器總線。LTC6820還提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過隔離柵所需的電流。這些電流通過外部電阻,調(diào)整為符合系統(tǒng)要求的值,例如所需的線纜長(zhǎng)度、SNR和抗擾度。
圖1. 隔離式SPI接口,通過共用的主控制器來控制多個(gè)電路板(從控制器)。
但是請(qǐng)注意,雖然使用了SPI中繼器,數(shù)據(jù)速率仍是有限的,取決于電纜長(zhǎng)度。例如,圖1中使用100米CAT5電纜的電路的數(shù)據(jù)速率僅為0.5 Mbps左右,是LTC6820所能提供的1 Mbps最大值的一半(見圖2)。
圖2. 使用CAT5電纜時(shí),數(shù)據(jù)速率與電纜長(zhǎng)度的關(guān)系。
通過使用 isoSPI 通信IC,可以簡(jiǎn)化遠(yuǎn)距離隔離傳輸SPI通信信號(hào)電路的復(fù)雜性,因?yàn)榭梢允∪鹘y(tǒng)電路通常需要的大量組件。此外,使用LTC6820可以實(shí)現(xiàn)最長(zhǎng)100米的通信距離(在工業(yè)設(shè)置中并不少見)。LTC6820還可輕松實(shí)現(xiàn)菊花鏈應(yīng)用(一個(gè)主控制器控制多個(gè)從控制器)。而且,該器件非常適合電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用,這是因?yàn)殡姵乇O(jiān)測(cè)系統(tǒng)包含部分可能存在爆炸風(fēng)險(xiǎn)的充電單元(例如,鋰離子電池),需要實(shí)施電氣隔離通信。
LTC68200
AEC-Q100通過汽車應(yīng)用認(rèn)證
1Mbps隔離式SPI數(shù)據(jù)通信
使用標(biāo)準(zhǔn)變壓器實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的電氣隔離
單條雙絞線上的雙向接口
支持長(zhǎng)達(dá)100米的電纜
極低EMI敏感性和輻射
針對(duì)高抗噪能力或低功耗應(yīng)用可配置
設(shè)計(jì)用于ISO26262兼容系統(tǒng)
在大多數(shù)SPI系統(tǒng)中無需軟件變更
超低2µA空閑電流
自動(dòng)喚醒檢測(cè)
工作溫度范圍:−40°C至125°C
2.7V至5.5V電源供電
支持1.7V至5.5V的所有邏輯接口
提供16引腳QFN和MSOP封裝
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