淺談I2C隔離器的六大設計注意事項

2020-12-05 電子發燒友

淺談I2C隔離器的六大設計注意事項

廠商供稿 發表於 2019-05-20 15:51:56

作者：德州儀器Anthony Viviano

我們整理了一些關於隔離I2C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中有關I2C隔離器的常見問題而提供的。希望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。

1.什麼情況下需要隔離I2C？

隔離可防止系統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湧的傷害；用於保護人員的隔離稱為增強型隔離。I2C已成為許多系統中流行的全球標準；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：

  • 網絡和伺服器電源中的微控制器（MCU）到MCU通信。
  • 汽車電池管理系統和醫療系統中MCU到模數轉換器通信。
  • 乙太網供電系統中的MCU到供電設備控制器通信。
  • MCU與電流/電源監控系統的通信。

2.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並變得無響應。使用數字隔離器實現隔離I2C總線需要外部組件。有關如何使用標準數字隔離器實現隔離I2C的更多信息，請參閱模擬設計期刊文章「使用數字隔離器設計增強型隔離I2C總線接口。」此外，E2E社區隔離論壇主題中更詳細地說明了為什麼數字隔離器在雙向I2C應用中無外部組件的情況下將閂鎖到單一狀態。

3.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於SDA1/SCL1為約為5mA，對於SDA2/SCL2約為0.5 mA。

對於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。

4.建議什麼邏輯高低輸入電壓電平應用於ISO1540和ISO1541隔離I2C器件？

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。

表1：ISO154x輸入電壓電平

這些輸入電壓電平適用於I2C數據和時鐘信號。欲了解更多信息，請參閱ISO154x數據表中的表6.3。

5.為什麼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側輸出端的二極體使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顯示了二極體的位置。

圖1：ISO154x簡化原理圖

由於該二極體，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側將打開場效應電晶體，使二極體導通，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運行 - 只要VOL和VIL規範符合ISO154x數據表中表6.9.所示的ISO154x器件閾值即可。這種方法已成為業界用於實現雙向I2C功能的常見做法。低邏輯電平的非零電壓仍將與I2C規範兼容。

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

6.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，此種驅動器可用於具有次級側變壓器和可選整流低壓差穩壓器的推挽式配置（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，方便設計人員構築穩健的解決方案。

圖2：採用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：採用ISOW7842的信號和電源隔離I2C解決方案

欲了解有關每個隔離電源選項優缺點的更多信息，請參閱「如何為隔離I2C隔離信號和電源 I2C」。

打開APP閱讀更多精彩內容

聲明：本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人，不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用，如有內容圖片侵權或者其他問題，請聯繫本站作侵刪。 侵權投訴

相關焦點

  • 水下推進器推力計算淺談一下的選型注意事項
    水下推進器推力計算淺談一下的選型注意事項 ,「r44opt」   中藍水處理成套設備（南京）有限公司，水下推進器推力計算，操作簡單，性能穩定，質量可靠，歡迎來電選購！    水下推進器推力計算如果油螺栓漏油主要檢查螺栓是否緊固螺栓下的耐油橡膠墊是否損壞！
  • Linux下I2C總線EEPROM驅動程序設計方法
    可以針對某個I2C總線設備來設計一個I2C設備驅動程序，而不需要關心系統的I2C總線控制器是何種類型，所以提高了其可移植性。另一方面，在設計I2C總線驅動時也可以不要考慮其將用來支持何種設備。因為i2c-core提供了統一的接口，所以也為設計這兩類驅動提供了方便。
  • 在系統設計中如何選擇隔離器
    經常網友提出這樣的問題，在系統設計中，很困惑的一個問題是，不知如何去選擇一個合理的、適用的隔離器。前兩天，筆者採訪了ADI公司數字隔離器產品高級應用工程師周曉奇，他就有關隔離器在電路中的作用、工程師在數字隔離器選型時應該注意哪些步驟等問題，給電子工程師們一個很好的解答。
  • I2C總線設計注意事項
    當時在使用avr CPU設計數據採集器產品的CPU主板，外掛了Silicon lab的溫溼度傳感器Si7013，實時時鐘，主要實現溫溼度、時鐘及電流電壓等信號通過I²C總線到達CPU進行處理，並且由MCU EFM32WG290F64控制在液晶上和上位機界面上的CPU自帶的I²C總線外掛的六個I²C從設備，如下圖1所示。
  • 救活你的I2C總線故障方案出爐了!
    本文主要針對 i2c 設備，講解如何解決 i2c 設備主機與從機直接無法正常數據交互的問題，側重點是針對硬體設計不太合理、i2c 設備設計不標準導致總線故障的情況，並且通過分析現象，提出解決方案。對於在設備初始化中，沒有設置相應的寄存器或者發送命令，而導致的無法獲取想要的數據情況，不作詳細介紹。
  • 光耦合器和光隔離器
    今天，我們發現光耦合器和光隔離器這兩個術語被互換使用，來指代相同的功能。　　分辨這兩個術語的特徵是隔離電壓的大小。光耦合器被用來從某個電勢向另一個電勢傳輸模擬或數字信息，同時保持低於5000V的電勢隔離。光隔離器被設計用來在系統間傳輸模擬或數字數據的同時保持電力系統的隔離，這些電力系統的隔離電壓在5000～50 000V或以上。
  • 有關數字隔離器的七大設計問題
    打開APP 有關數字隔離器的七大設計問題 廠商供稿 發表於 2019-05-17 15:51:12 根據 TI E2E™ 社區的反饋，我們搜集並整理了關於數字隔離器設計攻關的最常見問題清單。希望這份清單能為您提供隔離信號與電源的有用見解。 1.基礎型和增強型數字隔離器至簡的區別是什麼？
  • 一種微型寬帶光隔離器的設計
    光隔離器則是防止反饋光的有力器件。隨著科學技術的不斷進步，現在的光隔離器體積越做越小，性能越來越優良，而且成本也大幅降低，但仍沒有十分完美的產品。如何將所有的優點整合到一起成為了今後光隔離器開發目標。論文重點介紹了微型寬帶光隔離器的設計方法。
  • 雷射切割機排版六大注意事項
    那麼，下面就來給大家列舉排版中六大注意事項。　　在切割較厚板過程中，為了使割縫銜接良好，防止始端和終點燒傷，常常在切割開始和結束處各引一段過渡線，分別稱作引線和尾線.引線和尾線對工件本身是沒有用的，因此要安排在工件範圍之外，同時注意不能將引線設置在尖角等不易散熱處
  • 光耦隔離器與數字隔離器對比
    數字隔離器在尺寸、速度、功耗、易用性和可靠性方面具有光耦合器所無法比擬的巨大優勢。 多年來，工業、醫療和其他隔離系統的設計人員實現安全隔離的手段有限， 唯一合理的選擇是光耦合器。如今，數字隔離器在性能、尺寸、成本、效率和集成度方面均有優勢。了解數字隔離器三個關鍵要素的特點及其相互關係，對於正確選擇數字隔離器十分重要。這三個要素是：絕緣材料、結構和數據傳輸方法。
  • 樹莓派怎樣連接多個I2C設備
    根據表，i2c地址為0x76。請記下該地址。 對所有i2c設備執行此操作。i2c總線可以處理多個設備，但是它們應具有不同的i2c地址。有些i2c設備具有用於設置其他i2c地址的跳線，但許多設備卻沒有。在這種情況下，您可以使用i2c多路復用器（硬體）來旋轉i2c SDA（數據）和SCL（時鐘），也可以創建其他i2c總線或更多。
  • 淺談菖蒲的種植方法和注意事項,這樣養並不難!
    今日淺談一下種植方法和注意事項，養好並不難。菖蒲，也叫菖陽、菖歜、澆韭、蓀。一般近水而植，有人喜歡附石而栽，和石頭一起欣賞把玩。雖說可以植於石上、水中，我個人卻覺得還是養在盆裡比較合適。一般是水生的葉片偏細，長在土中則要茁壯些。可以根據個人愛好來挑選。養菖蒲的土要透氣，和大多數觀賞植物一樣，喜歡弱酸性植料，所以要求植料是弱酸性土質。
  • 基於市場視角的光隔離器和數字隔離器評述
    · 防止電氣噪聲破壞敏感信號lXWednc通過在電路設計中引入電流隔離器可以解決這些挑戰。lXWednc光耦仍然享有整個隔離市場的大部分份額，甚至在高性能市場（大致特徵是數據速率至少為1Mbps的隔離器產品和柵極驅動器等專用產品）。儘管光耦存在固有的性能缺陷，但它們仍然在市場上具有一些優勢。最大的優勢是光耦幾十年來一直是事實上的解決方案，設計人員對使用光耦感覺很放心並且覺得它們更安全，畢竟隔離器是安全器件。
  • 如何選擇數字隔離器
    如何選擇數字隔離器 德州儀器 發表於 2020-10-22 09:16:46 隨著數字隔離器在工業和汽車應用中的日益普及，設計人員會面對眾多的可用選件，如何為系統選擇合適的設備
  • 液壓油缸結構設計的注意事項
    液壓油缸的應用廣泛，給機械領域提供了很大的幫助，有的人就會對它的結構感到好奇，它在設計時候是不能疏忽的，下面就大家講一下它的結構設計需要注意：1、液壓油缸應儘量避免用軟管連接。5、液壓油缸結構設計完後，應對液壓缸的強度、穩定性進行驗算。6、在保證滿足設計要求的前提下，儘量使液壓油缸的結構簡單緊湊，尺寸小，儘量採用標準形式和標準件，使設計、製造容易，裝配、調整、維護方便。
  • 隔離器按照封裝形式分為在線型隔離器和自由空間隔離器_雷射網|...
    隔離器允許光以較低損耗從一個方向透過，同時以較大損耗阻止光反向通過。它放置在發射光路上，避免雷射器在反射光下引起的性能劣化。隔離器按照封裝形式分為在線型隔離器和自由空間隔離器。自由空間隔離器體積小適合封裝在光器件內部，是光器件常用的隔離器種類。常規的自由空間隔離器由隔離器芯件和磁環構成，當然也有無磁環的自由空間隔離器。
  • 隔離器原理
    導讀：隔離器，顧名思義就是起隔離作用的設備，但是你知道它是如何做到隔離的效果的嗎?隔離器原理--簡介　　隔離器是一種採用線性光耦隔離原理,將輸入信號進行轉換輸出，它的輸入、輸出以及工作電源三者之間是相互隔離的,從而提高工業生產過程的抗幹擾能力，保證了系統的穩定性和可靠性，特別適合與需要電隔離的設備儀表配用。隔離器對各種工業信號進行變送、轉換、隔離、傳輸、運算的儀表，可與各種傳感器配合。
  • op小型展臺設計的結構分類有哪些?設計注意事項是什麼?
    在社會快速前進，商品經濟的發展中，對於pop小型展臺布置設計這類可以擴大自己品牌影響的事務，企業商家是越來越關心。那麼pop小型的結構分類有哪些？設計注意事項是什麼？鼎世中國將為您詳細介紹。可以考慮鼎世展覽設計搭建的pop小型展臺設計。
  • 信號隔離器是什麼_信號隔離的優點_信號隔離器的功能
    打開APP 信號隔離器是什麼_信號隔離的優點_信號隔離器的功能 發表於 2019-08-01 17:12:05 　　信號隔離器是什麼 　　信號隔離器是一種採用線性光耦隔離原理，將輸入信號進行轉換輸出。
  • 雙電瓶隔離器原理是什麼,如何自製隔離器?
    雙電瓶隔離器其實並沒有真正的隔離，負極是始終連在一起的。房車、床車通常需要加裝第二塊電瓶，以滿足車內電器用電需求。但是第二塊電瓶並不能簡單的直接與原車電瓶並聯，一方面熄火後用電容易導致原車電瓶虧電從而難以啟動車輛，另一方面兩塊電瓶在一起充電電流過大，發電機與線路負荷過大。