h1_key

  關于i2c隔離芯片設計的FAQ，供您參考。這些見解是根據德州儀器在線支持社區(qū)中有關I2C隔離器的常見問題而提供的。這些信息能夠幫助工程師在設計過程中解決信號和電源隔離的問題。

  什么情況下需要隔離I2C?

  隔離可防止系統(tǒng)兩個部分之間的直流電和異常的交流電，但仍然支持兩個部分之間的信號和電源傳輸。隔離通常能夠阻止電氣組件或人員遭受危險電壓和電流浪涌的傷害;用于保護人員的隔離稱為增強型隔離。I2C已成為許多系統(tǒng)中流行的全球標準;因此，隔離I2C已經擴散到大多數高壓市場。

  ●常見的隔離I2C應用包括：

  ●網絡和服務器電源中的微控制器(MCU)到MCU通信。

  ●汽車電池管理系統(tǒng)和醫(yī)療系統(tǒng)中MCU到模數轉換器通信。

  ●以太網供電系統(tǒng)中的MCU到供電設備控制器通信。

  ●MCU與電流/電源監(jiān)控系統(tǒng)的通信。

  是否可以在數字隔離器上連接兩個單向信道，以實現I2C通信的雙向信道?

  不可以，連接兩個相反方向的單向信道不會產生雙向信道。如果用數字隔離器替換隔離I2C器件，數字隔離器將閂鎖到單一狀態(tài)并變得無響應。使用數字隔離器實現隔離I2C總線需要外部組件。此外，E2E社區(qū)隔離論壇主題中更詳細地說明了為什么數字隔離器在雙向I2C應用中無外部組件的情況下將閂鎖到單一狀態(tài)。

  ISO1540和ISO1541隔離I2C器件的電流消耗是多少?

  ISO154x數據手冊中的表6.10列出了不帶任何上拉電阻的ISO1540和ISO1541的電流消耗。添加上拉電阻時，電阻會消耗額外的電流。例如，在SDA2/SCL2處向器件添加1kΩ的上拉電阻，在SDA1/SCL1處添加10kΩ的上拉電阻，VCC1 = VCC2 = 5 V時，上拉電阻消耗的額外電流將對于SDA1/SCL1為約為5mA，對于SDA2/SCL2約為0.5 mA。

  對于需要更低功耗的隔離I2C應用，超低功耗ISO7041可以替代ISO7731器件，如模擬設計期刊文章中第2個問題所述。ISO70xx的功耗將比ISO77xx器件提升一個數量級。

  表1列出了ISO1540 and ISO1541器件1側和2側輸入的推薦邏輯輸入電壓電平。

  Side1Side2

  VIL1 < 0.5 VVIL2 < 0.3*VCC2

  VIH1 > 0.7*VCC1VIH2 > 0.7*VCC2

  表1：ISO154x輸入電壓電平

  這些輸入電壓電平適用于I2C數據和時鐘信號。

  為什么ISO1540和ISO1541雙向I2C隔離器的1側上的邏輯低電平輸出電壓VOL1高達0.8 V?

  為了實現隔離I2C器件的雙向功能，器件需要設計有兩個背靠背連接的單向信道，以實現單個雙向信道。直接連接兩個單向信道會導致鎖定情況，兩個信道都是低電平。為避免這種情況，1側輸出端的二極管使1側輸出信道的低電平輸出看起來像1側輸入信道的高電平。圖1顯示了二極管的位置。

  圖1：ISO154x簡化原理圖

  由于該二極管，VOL1的電壓最高可達0.8 V.當2側檢測到2側為低電平時，1側將打開場效應晶體管，使二極管導通，產生非零正向電壓。ISO154x器件中的閾值經過精心設計，可確保雙向信道平穩(wěn)運行 - 只要VOL和VIL規(guī)范符合ISO154x數據表中表6.9.所示的ISO154x器件閾值即可。這種方法已成為業(yè)界用于實現雙向I2C功能的常見做法。低邏輯電平的非零電壓仍將與I2C規(guī)范兼容。

  請注意，這僅適用于VOL1。由于器件的2側不需要二極管，因此VOL2最大值為0.4 V，這在大多數數字隔離器中很常見。

  如何為I2C隔離器構造隔離型電源?

  為I2C隔離器構造隔離型電源有幾種可選的方法;最佳解決方案須視具體的應用需要而定。

  一個選擇是使用 SN6501這樣的變壓器驅動器，此種驅動器可用于具有次級側變壓器和可選整流低壓差穩(wěn)壓器的推挽式配置(圖 2)。SN6501的功率高達1.5 W，可作為隔離型電源。此設備具有高度靈活性，幾乎可用在所有應用中。這是因為變壓器和匝數比能為電源提供必要的隔離等級和輸出電壓。如果您需要為其他設備提供隔離電源，則可使用SN6505而不是SN6501，獲得高達5 W的輸出功率。SN6505具有額外的保護特性，例如過載和短路、熱關斷、軟啟動和壓擺率控制等，方便設計人員構筑穩(wěn)健的解決方案。

  圖2：采用ISO1541的信號和電源隔離I2C解決方案

  另一個針對空間受限應用的可選方法是ISOW78xx系列器件，該系列可在小外形集成電路16引腳封裝中提供信號和電源隔離特性。ISOW7842還可以與外部組件結合使用。圖3提供了具有雙向數據和單向時鐘的系統(tǒng)解決方案示例，當使用一些額外組件進行修改時，可以支持雙向數據和時鐘信號。

  圖3：采用ISOW7842的信號和電源隔離I2C解決方案