【经验】基于数字隔离器单线双向通信的锁死机理和解决方案
数字隔离器有单通道数字隔离器和多通道数字隔离器，其中多通道数字隔离器又有单向和双向之分，如荣湃的π120M3X和π122M3X分别是单向和双向双通道数字隔离器。在隔离UART通信中,有单线和双线两种模式，其中双线模式采用π122X3X可以实现。其典型应用框图如图1所示。数字隔离器U3的两个通道分别负责两侧MCU数据的收和发。
图1 双线的UART通信电路
对于单线传输模式，基于π122X3X采用图2的方式是否可行？答案是否定的。其主要原因是数据传输过程中会出现锁死，无法正常通信。
图2 单线模式的UART通信电路
基于数字隔离器单线通信的锁死机理
如图2所示，假设MCU1和MCU2的初始状态为高电平。数据从左向右传输时，MCU1的DA1输出高电平，U3的VOB输出高电平，MCU2的DA2接收到高电平，同时U3的VIA为高，U3的VOA脚输出高。当MCU1的DA1输出从高变低后，U3的VIB输入为低，VOB输出由高变低；MCU2的DA2接收到低电平，同时U3的VIA为低，U3的VOA脚输出为低；当MCU1的DA1输出从低变高时,由于VOA为低，U3的VIB输入保持为低，VOB输出保持低；MCU2的DA2接收到低电平，同时U3的VIA也保持低，导致出现数字隔离器低电平锁死，从而通信失效。
图3是的标准数字隔离器的典型框图。可以看到，在数字隔离器的输出端口分别采用的是图腾柱输出型式，其中Q1，Q2，Q3，Q4的典型导通阻抗为50Ω。低电平锁死的原因主要是数字隔离器VOA和VOB输出端口的晶体管导通阻抗小，致使MCU1和MCU2的端口在低电平时被强制拉低，从而导致锁死。
图3 π122X3X的典型框图
得益于iDivider技术的先进架构，与其他数字隔离产品相比，π1xx数字隔离器在电磁辐射和静态功耗上具有显著的性能优势，这简化了系统设计、降低了成本，同时也减轻了在家电产品设计中，为了符合EMC电磁兼容性要求，所带来的设计和成本挑战。π1xx隔离器的电磁辐射与友商产品相比明显降低，从而无需高成本的屏蔽防护措施。
π1xx数字隔离器提供1-6路通道配置，1.5KV，3KV，5KV三种隔离耐压产品可供选择；具有宽温度范围(-40至125°C)内，150Kbps(U系列)，10Mbps(M系列)，200Mbps(E系列)的数据传输率，以及每通道约1.3mA的低功耗水平（仅是光耦功耗的1/5），十分适合用于功耗敏感的系统设计。π1xx系列产品强大的数字隔离架构，能够确保即使在恶劣环境中，例如在高电气噪声，高温，高数据传输速率下，依旧可以保持所传输信号的完整性。
基于数字隔离器的单线通信解决方案
根据上述的锁死机理，荣湃创新性提出了的基于标准数字隔离器的单线模式的UART通信解决方案，电路框图如图4。图4在图2的基础上增加了电阻R1和R2，通过选择合适的阻值可以有效的解决单线通信过程中的锁死问题。
图4 改进后的单线UART通信电路
图5 实验结果
图5是基于π122M30数字隔离器的在1MHZ下的测试结果。其中紫色是发送的数据，蓝色是接收到的数据。可以看到数据传输稳定，无锁死现象。
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产品型号
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品类
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总通道数
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反向通道数
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最大工作速率
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默认输出状态
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工作电压范围
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CMTI (kV/us)
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绝缘耐压
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浪涌耐压
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封装
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π110A30
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标准数字隔离器
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1
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0
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600Mbps
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Logic Low
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3V~5.5V
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75kV/us
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3000Vrms
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5000Vpk
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NB SOIC-8
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选型表 - 荣湃半导体 立即选型
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