ADI新型數(shù)字隔離器提供簡單高速的SPI信號隔離方案

ADI公司最近針對SPI通信系統(tǒng)推出了全新的數(shù)字隔離器系列ADuM315x，該產(chǎn)品以屢獲獎(jiǎng)項(xiàng)的iCoupler數(shù)字隔離器技術(shù)為基礎(chǔ)，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)師提供了一種簡單的高速SPI信號隔離方案，同時(shí)在單個(gè)封裝中集成了通常所需的低速的狀態(tài)和控制信號。

在工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集中，復(fù)雜的現(xiàn)場情況會(huì)給各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間帶來很高的共模電壓，造成SPI接口無法正常工作，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)龤酒蛢x器設(shè)備。因此，對SPI總線各個(gè)通信節(jié)點(diǎn)實(shí)行電氣隔離就是非常必要的。

傳統(tǒng)的解決方案以光耦為核心，需要大量的外圍器件，ADuM315x的出現(xiàn)可簡化這種局面，只需外加3個(gè)器件就能完成整個(gè)設(shè)計(jì)。究其原因，是ADuM315x具有很高的集成度。ADI接口和iCoupler數(shù)字隔離器應(yīng)用工程師葉健介紹說：“該系列采用了片上變壓器，可以使用CMOS工藝，這樣就可以集成電阻、二極管等器件，而光耦中的光敏三極管是與CMOS工藝不兼容的，因此ADuM315x系列就可以節(jié)省很多外部器件。”

ADuM315x系列具備低傳播延遲與低抖動(dòng)的CLK、MO-SI、MI-SO和SS通道，支持高達(dá)40MHz的SPI時(shí)鐘速率。若選擇ADI 12、16和18位高精密度A/D轉(zhuǎn)換器，全新的數(shù)字隔離器也可支持其最大取樣率。其中，ADuM3150支持器件主機(jī)側(cè)的延遲輸出時(shí)鐘，可搭配主機(jī)上的額外通用端口以支持最高40MHz的時(shí)鐘速率；ADuM3151、ADuM3152和ADuM3153提供采用不同配置的4個(gè)高速通道和3個(gè)額外的獨(dú)立、低數(shù)據(jù)速率通道；ADuM3154數(shù)字隔離器提供從機(jī)選擇多路復(fù)用系統(tǒng)，用一個(gè)隔離器最多可以維護(hù)4個(gè)從機(jī)器件。

ADuM315x系列的另一個(gè)優(yōu)勢在于能在高速率下保持低延時(shí)，“數(shù)字隔離器的一個(gè)缺點(diǎn)就是延時(shí)比較嚴(yán)重，但ADuM315x通過增加一個(gè)延時(shí)的 SCLK信號，就是讓MCU多一個(gè)引腳，從而使得回來的數(shù)據(jù)也能對上對應(yīng)的時(shí)鐘”，葉健表示，“此外，產(chǎn)品在出廠時(shí)就做了校正，客戶拿到產(chǎn)品后就可以直接使用了。

ADI在非光隔離器市場中的份額是最大的，因?yàn)槠渥钤玳_發(fā)出數(shù)字隔離器。ADI高級模擬設(shè)計(jì)工程師趙天挺說，“從01年到2013年我們一共賣了10億的通道，但是從沒出現(xiàn)因一個(gè)通道隔離帶擊穿而退回的情況，ADI在隔離方面不停地創(chuàng)新，推出了很多業(yè)界沒有過的產(chǎn)品。”舉例來說，ADI能推出媲美光耦隔離強(qiáng)度產(chǎn)品，就是材料工藝上進(jìn)行了創(chuàng)新。“ADI在片上的變壓器中使用了20μm厚的聚酰亞胺隔離材料，能實(shí)現(xiàn)大概8kV每分鐘的隔離強(qiáng)度，而通常的應(yīng)用要求是5kV每分鐘”，葉健補(bǔ)充到。

客戶在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，都希望能順利通過各種安規(guī)認(rèn)證。ADI也考慮到了這點(diǎn)，葉健介紹，“比如，該系列產(chǎn)品通過了CQC（資源型）認(rèn)證，作為關(guān)鍵元件，它的通過就能簡化客戶認(rèn)證的時(shí)間和流程，使設(shè)計(jì)驗(yàn)證流程大為縮短。”

ADI的數(shù)字隔離產(chǎn)品在未來還有很大的提升空間，通過諸如增加聚酰亞胺隔離材料的厚度，架構(gòu)方面進(jìn)行優(yōu)化等，具有更高隔離度、更低時(shí)延、更多適用方向的產(chǎn)品還會(huì)不斷涌現(xiàn)。