具有内置 DC-DC 转换器的 SPI 接口隔离器

出处：维库电子市场网发布于：2024-04-07 16:19:36 | 251 次阅读

　　这种简单、紧凑的解决方案非常适合需要在工业 PLC（可编程逻辑控制器）以及仪器和数据采集系统中常见的不同接地电位进行通信的隔离 SPI 数据。串行外设接口 (SPI) 是一种常用于微控制器和外设 IC（例如、ADC、DAC 等）之间通信的协议。该项目基于ISOW7741带有集成 DC-DC 转换器的四通道数字隔离器。对于许多工业控制应用，微控制器和 I/O 模块设备之间的通信路径必须隔离。隔离有助于最大限度地减少噪声和接地环路问题，还可以保护昂贵的控制单元（MCU 或 FPGA）和设备操作员。该模块可以解决所有这些问题，内置 DC-DC 转换器具有很大的优势，可以为电路的输出侧供电，因此该项目可以使用单电源工作。DC-DC 转换器输出可用于为外围设备供电，最大负载为5V DC输入时可达100mA。
　　注 1：该项目需要两个独立的电源用于逻辑和 DC-DC 转换器。如果电源要求在 3V 至 5.5V 之间，它也可以使用单电源工作，在这种情况下，将 CN1 的引脚 1(VL) 和引脚 1 (VD) CN3 以及 CN1 引脚 6 GD 和 CN3 引脚 2 GI 连接起来注 2：默认 DC-DC 转换器输出为 5V DC，对于 3.3V 输出，请勿安装 R7 并使用 R9 0 欧姆电阻（V SEL引脚高 = 输出 5V DC，V SEL引脚低 = 输出 3.3V DC）特征
　　电源逻辑 1.71V 至 5.5V电源 DC-DC 转换器 3V 至 5.5V单电源操作 3V 至 5.5V（逻辑电源 + DC-DC 电源）项目支持3.3V和5V接口数据通道最大负载 15mA (I/O)DC-DC 转换器输出可为外围设备提供高达 100mA 的负载（采用 5V 电源 DC-DC 转换器）100 Mbps 数据速率隔离额定值 5000V-RMS通道隔离器和电源转换器独立供电±8 kV IEC 61000-4-2 跨隔离栅接触放电保护低辐射、低噪声的集成 DC-DC 转换器发射经过优化，符合 CISPR 32 和 EN 55032 B 类标准，2 层板上的余量 >5 dB25 MHz 低频电源转换器可实现低噪声性能低输出纹波：24 mV高效率输出功率最大负载效率：46%输出功率高达 0.55W板载电源 LED（逻辑电源）接头连接器方便连接PCB 尺寸 50.17 x 21.75 毫米DC-DC转换器输入和输出
　　DC-DC转换器电源5V DC=输出5V DC，负载电流110mADC-DC转换器电源5V DC=输出3.3V DC，负载电流140mADC-DC转换器电源3.3V DC =输出3.3V DC，负载电流60mA输出功率（DC-DC转换器）
　　集成隔离式 DC-DC 转换器采用先进的电路和片上布局技术来减少辐射发射并实现高达 46% 的典型效率。集成采用薄膜聚合物作为绝缘屏障。可使用 V SEL引脚将电源转换器的输出电压控制为 3.3 V 或 5 V。有关输出电压选择，请参阅注释 2。
　　4 通道输入/输出
　　该项目拥有4条高速3正向1反向通道。前三个正向通道可用于 CS（片选）CLK、MI/SO，第四个反向通道可用于 MO/SI（斜线表示隔离器上特定输入和输出通道的连接）ISOW7741 器件是具有集成 DC-DC 转换器的高性能四通道数字隔离器。通常，数字隔离器需要两个彼此隔离的电源来为设备的两侧供电。由于器件中集成了 DC-DC 转换器，器件内部产生隔离电源，可用于为器件的隔离侧和隔离侧的外设供电，从而节省电路板空间。该器件采用单端 CMOS 逻辑技术。
　　SPI 信号
　　SCLK：所有设备使用的同步时钟。主机驱动该时钟，从机接收它。请注意，SCLK 可以被选通，并且不需要在 SPI 事务之间驱动。MOSI：主机输出，从机输入。也称为主机上的 DO 或从机上的 DI。这是由主机驱动至 SPI 总线上所有从机的主要数据线。仅选定的从机时钟来自 MOSI 的数据。MISO：主入，从出。也称为主站上的 DI 和从站上的 DO。这是由所选从机驱动到主机的主要数据线。只有选定的从机可以驱动该信号。CS：片选，该信号对于每个从机都是唯一的。当有效时（通常为低电平），所选从机必须根据 SCLK 转换驱动 MISO。
　　ISOW7741芯片概述
　　ISOW7741 器件是一款电流隔离的四通道数字隔离器，具有集成的高效、低辐射电源转换器。集成 DC-DC 转换器可提供高达 500 mW 的隔离功率，从而无需在空间受限的隔离设计中使用单独的隔离电源。该电源转换器效率高，可在 –40°C 至 +125°C 的宽工作环境温度范围内运行。该器件提供了改进的发射性能，可简化电路板设计，并配备铁氧体以进一步减弱发射。ISOW7741 在设计时考虑了增强的保护功能，包括限制浪涌电流的软启动、过压和欠压锁定、EN_DC 直流引脚上的故障检测、过载和短路保护、和热关断。ISOW7741 器件提供高电磁抗扰度，同时隔离 CMOS 或 LVCMOS 数字 I/O。信号隔离通道具有由双电容二氧化硅 (SiO2) 绝缘栅隔开的逻辑输入和输出缓冲器，而电源隔离则使用由薄膜聚合物作为隔开的片上变压器。通过在 PCB 上将 VIO 和 VDD 连接在一起，ISOW7741 可以在 3V 至 5.5V 的单电源电压下工作。如果需要较低的逻辑电平，这些器件支持 1.71 V 至 5.5 V 逻辑电源 (VIO)，可独立于 3 V 至 5.5 V 电源转换器电源 (VDD)。VISOIN 和 VISOOUT 需要在板上连接铁氧体磁珠或通过 LDO 馈送。ISOW7741 器件提供高电磁抗扰度，同时隔离 CMOS 或 LVCMOS 数字 I/O。信号隔离通道具有由双电容二氧化硅 (SiO2) 绝缘栅隔开的逻辑输入和输出缓冲器，而电源隔离则使用由薄膜聚合物作为绝缘材料隔开的片上变压器。通过在 PCB 上将 VIO 和 VDD 连接在一起，ISOW7741 可以在 3V 至 5.5V 的单电源电压下工作。如果需要较低的逻辑电平，这些器件支持 1.71 V 至 5.5 V 逻辑电源 (VIO)，可独立于 3 V 至 5.5 V 电源转换器电源 (VDD)。VISOIN 和 VISOOUT 需要在板上连接铁氧体磁珠或通过 LDO 馈送。ISOW7741 器件提供高电磁抗扰度，同时隔离 CMOS 或 LVCMOS 数字 I/O。信号隔离通道具有由双电容二氧化硅 (SiO2) 绝缘栅隔开的逻辑输入和输出缓冲器，而电源隔离则使用由薄膜聚合物作为绝缘材料隔开的片上变压器。通过在 PCB 上将 VIO 和 VDD 连接在一起，ISOW7741 可以在 3V 至 5.5V 的单电源电压下工作。如果需要较低的逻辑电平，这些器件支持 1.71 V 至 5.5 V 逻辑电源 (VIO)，可独立于 3 V 至 5.5 V 电源转换器电源 (VDD)。VISOIN 和 VISOOUT 需要在板上连接铁氧体磁珠或通过 LDO 馈送。信号隔离通道具有由双电容二氧化硅 (SiO2) 绝缘栅隔开的逻辑输入和输出缓冲器，而电源隔离则使用由薄膜聚合物作为绝缘材料隔开的片上变压器。通过在 PCB 上将 VIO 和 VDD 连接在一起，ISOW7741 可以在 3V 至 5.5V 的单电源电压下工作。如果需要较低的逻辑电平，这些器件支持 1.71 V 至 5.5 V 逻辑电源 (VIO)，可独立于 3 V 至 5.5 V 电源转换器电源 (VDD)。VISOIN 和 VISOOUT 需要在板上连接铁氧体磁珠或通过 LDO 馈送。信号隔离通道具有由双电容二氧化硅 (SiO2) 绝缘栅隔开的逻辑输入和输出缓冲器，而电源隔离则使用由薄膜聚合物作为绝缘材料隔开的片上变压器。通过在 PCB 上将 VIO 和 VDD 连接在一起，ISOW7741 可以在 3V 至 5.5V 的单电源电压下工作。如果需要较低的逻辑电平，这些器件支持 1.71 V 至 5.5 V 逻辑电源 (VIO)，可独立于 3 V 至 5.5 V 电源转换器电源 (VDD)。VISOIN 和 VISOOUT 需要在板上连接铁氧体磁珠或通过 LDO 馈送。通过在 PCB 上将 VIO 和 VDD 连接在一起来提供 5 V 电压。如果需要较低的逻辑电平，这些器件支持 1.71 V 至 5.5 V 逻辑电源 (VIO)，可独立于 3 V 至 5.5 V 电源转换器电源 (VDD)。VISOIN 和 VISOOUT 需要在板上连接铁氧体磁珠或通过 LDO 馈送。通过在 PCB 上将 VIO 和 VDD 连接在一起来提供 5 V 电压。如果需要较低的逻辑电平，这些器件支持 1.71 V 至 5.5 V 逻辑电源 (VIO)，可独立于 3 V 至 5.5 V 电源转换器电源 (VDD)。VISOIN 和 VISOOUT 需要在板上连接铁氧体磁珠或通过 LDO 馈送。
　　连接

　　CN1：引脚 1 逻辑电源 1.71V 至 5.5V，引脚 2 输入 A，引脚 3 输入 B，引脚 4 输入 C，引脚 5 输出 D，引脚 6 GNDCN2：引脚 1 DC-DC 转换器输出、引脚 2 输出 A、引脚 3 输出 B、引脚 4 输出 C、引脚 5 输入 D、引脚 6 GND 输出CN3：DC-DC 转换器 3V 至 5.5V DC 的引脚 1 输入电源，引脚 2 GND 输入CN4：引脚 1 + 外设 DC-DC 输出，引脚 2 = GND-输出D1：电源 LED 逻辑电源