《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁 > 模擬設(shè)計 > 解決方案 > 設(shè)計一個屬于您自己的簡易I2C隔離器

設(shè)計一個屬于您自己的簡易I2C隔離器

Thomas Kugelstadt,,德州儀器 (TI) 應(yīng)用工程師
2012-05-24
關(guān)鍵詞: I2C 隔離器 CAN DC/DC轉(zhuǎn)換器

    通常產(chǎn)品設(shè)計時間非常緊張,,用于新產(chǎn)品設(shè)計的資金也并不寬余。但不管怎樣,,我們都必須要在不增加成本的前提下設(shè)計出能夠運(yùn)行于惡劣環(huán)境下的穩(wěn)健系統(tǒng),。一般而言,,這會要求使用電流隔離,用于保護(hù)敏感控制電子組件免受外部突入和瞬態(tài)浪涌電流的損害,。

    如果您的設(shè)計涉及許多工業(yè)接口,,那么當(dāng)您在各大半導(dǎo)體廠商的官方網(wǎng)站上看到琳瑯滿目的RS-485、RS-232,、CANI2C信號隔離器時,,您會發(fā)現(xiàn)自己像一個進(jìn)到糖果店里的小孩一樣興奮不已。但是,,當(dāng)您想要采購經(jīng)理批準(zhǔn)購買這些產(chǎn)品時,,他會立馬給您潑上一盆冷水:“不能利用一些已有的標(biāo)準(zhǔn)組件嗎,?不管用什么方法,把它們都利用起來,?”

    今后碰到這種情況,,您可以熱情洋溢的回答“沒問題”了,因為本文將為您介紹一小部分工業(yè)接口電路,,它們幾乎都只使用一個標(biāo)準(zhǔn)隔離器,。圖 1-4 顯示了工業(yè)應(yīng)用中最為常見的數(shù)字接口的簡化示意圖。

 

圖 1 隔離式 RS-485 總線接口    

圖 2 隔離式 CAN 總線接口

      
圖 3 隔離式 RS-232 線路接口    

圖 4 多主機(jī)應(yīng)用隔離式 I2C 總線接口

   請注意,,為了便于說明,,我們省略了旁路電容器和上拉/下拉電阻器。首批三個電路都有一個異步數(shù)據(jù)傳輸模式,,其使用兩條數(shù)據(jù)線路和一條控制線路,,用于驅(qū)動器/接收器激活。這樣,,在節(jié)點控制器和標(biāo)準(zhǔn)兼容收發(fā)器芯片之間便只需一個三重隔離器了,。

    圖 4 所示隔離式 I2C(inter-integrated circuit,IIC)表示一種特殊情況,,因為它支持僅有幾英寸長的短通信鏈路,,因此不需要線路收發(fā)器。在一些多主機(jī)應(yīng)用中,,兩個節(jié)點會同時訪問總線,。為了防止信號轉(zhuǎn)回其源,我們使用一個雙向緩沖器來支持從R(x,y) 到 S(x,y)  的接收傳輸以及 S(x,y) 到 T(x,y) 的發(fā)送傳輸,,而非R(x,y) 到 T(x,y) 的直接回環(huán),。

    幸運(yùn)的是,多主機(jī)設(shè)計只是少數(shù)情況,,大多數(shù)都是單主機(jī)應(yīng)用,。因此,我們可以極大地簡化圖 4 所示電路,。

    由于是單主機(jī),,時鐘信號 (SCL) 僅需單向傳輸,從而將時鐘隔離減少至一條通道,。然后,,用一個晶體二極管開關(guān)代替雙向緩沖器,這樣隔離層(圖 5)每端將電路簡化至我們的標(biāo)準(zhǔn)三重隔離器(圖 6),。
 

圖 5 利用晶體管開關(guān)隔離發(fā)送和接收路徑

在待機(jī)模式下,,隔離器輸入 A 和 C 通過 R2 和 R4 被拉至高電平,推高輸出 B 和 D。另外,,主和從數(shù)據(jù)線路(SDA1 和 SDA2)通過 RPU1 和 RPU2 被拉至高電平,。當(dāng)主機(jī)通過拉低 SDA1 開始通信時,Q1 發(fā)射極結(jié)點被正向偏置,,而 Q1 將輸入 A 拉至低電平,。輸出B 跟著變?yōu)榈碗娖剑⒄蚱?D2,。D2 拉低 SDA2,。與此同時,Q2 發(fā)射極結(jié)點被反向偏置,,并且 Q2 保持高阻抗,。開關(guān)順序相同,僅在從數(shù)據(jù)線路響應(yīng)時反向,。
 

圖 6 單主機(jī)應(yīng)用隔離式I2C總線接口

    圖 6 顯示了最終的電路情況,。至少使用 0.1Μf 電容器來對芯片電源進(jìn)行緩沖。通過 1k 到 10k電阻器,,始終將激活輸入端連接至各個電源軌,。這些電阻器可控制進(jìn)入電源線路的浪涌瞬態(tài)所引起的芯片突入電流。利用濾波器電容(此處為 220pF)來抑制敏感的 CMOS 輸入噪聲,,是一種較好的模擬設(shè)計方法,。

    沒有隔離電源,隔離設(shè)計便不完整,。圖 7 顯示了一種低成本,、隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器設(shè)計,用于替代昂貴的集成 DC/DC 模塊,。主副電源均可以在 3.3V 和 5V 之間變化。下列表格列出了三種電源組合的相應(yīng)組件,。
 

圖 7 隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器

    下次,,我們將討論如何利用 SPICE 設(shè)計一種低功耗、高精度 PID 溫度控制環(huán)路,,敬請期待,。
 

本站內(nèi)容除特別聲明的原創(chuàng)文章之外,轉(zhuǎn)載內(nèi)容只為傳遞更多信息,,并不代表本網(wǎng)站贊同其觀點,。轉(zhuǎn)載的所有的文章、圖片,、音/視頻文件等資料的版權(quán)歸版權(quán)所有權(quán)人所有,。本站采用的非本站原創(chuàng)文章及圖片等內(nèi)容無法一一聯(lián)系確認(rèn)版權(quán)者。如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問題,,請及時通過電子郵件或電話通知我們,,以便迅速采取適當(dāng)措施,避免給雙方造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失,。聯(lián)系電話:010-82306118,;郵箱:[email protected]