【经验】如何为轨道交通广播监控系统SPI信号隔离选择一款合适的隔离芯片？

时间： 2018-12-03 来源：世强

技术问答

SPI通信原理是主从工作模式，一般使用四条信号线，分别为SCLK（时钟信号）、MOSI（主机输出/从机输入数据线）、MISO（主机输入/从机输出数据线）、SS反（片选），SPI接口连接示意图和时序示意图参考如下图1所示。

图1：SPI接口连接示意图和时序示意图

以地铁轨道交通广播监控系统SPI通信为例，因其处于高压强磁场干扰环境下工作，容易导致各通信节点的SPI总线接口因高压共模干扰导致无法正常工作，严重时甚至会烧毁芯片和仪器设备，故必须对SPI总线各个通信节点进行电气隔离。那么，如何做好SPI总线通信隔离呢？一般有两种解决方案：

1、分立方案：

选用仅能提供一个隔离通道的单通道隔离光耦分别对SPI一路信号线做隔离保护，单机用量4颗，典型光耦型号如6N137（AVAGO、TOSHIBA等均有），最高速率为10Mbps，不过此设计缺陷是占用PCB面积大，电路设计复杂，同时光耦有光衰影响使用寿命，不具有长期可靠性。

2、集成方案：

选用一颗集成四路通道的通信隔离芯片对SPI四路信号线分别做隔离保护，要求隔离芯片信号方向为3正1反（或三发一收），如果选用磁耦隔离，更容易受到外界的电磁干扰影响，故推荐选用性价比最高的容耦隔离芯片。

针对如上设计考量，本文推荐选用SILICON LABS（芯科）容耦型数字隔离芯片 Si8641BB-B-IS1，四路信号方向为3正1反（或三发一收），采用RF射频信号代替普通光耦的光信号进行信号传输与隔离，同时其采用的射频开关键控方案优于传统的脉冲编码方案，可提供更好的噪声抗干扰能力以及更低的功耗。Si8641BB-B-IS1数字隔离芯片为宽体SOIC-16封装，其内部功能框图和pin脚定义参考如下图2所示。

图2：Si8641BB-B-IS1数字隔离芯片内部功能框图和pin脚定义

下面，再提供下用于SPI通信隔离时的典型应用电路，参考如下图3所示，左侧为主机端口，右侧为从机端口，注意pin7和pin10设计时需要拉高；pin2和pin15为GND pin，可以隔离供电电压对通信信号的影响；pin1（VDD1）和pin16（VDD2）建议工作电压为2.5V~5.5V，支持低功耗设计。

图3：Si8641BB-B-IS1数字隔离芯片典型应用电路

最后，总结下Silicon Labs（芯科）SI8641BB-B-IS1数字隔离芯片的竞争优势：

· 高达50kV/μs共模抑制比（CMTI），具有业界最佳的抗噪声能力；

· 高达150Mbps数据传输速率；

· 隔离介质是SIO2，介电强度可达500V/μm，以此作为电介质，有很低的失效率；

· 采用OOK调制技术，具有良好的电磁兼容性，可有效避免外部电磁干扰，EMI低于光耦20dB，可节省昂贵的屏蔽措施；

· 集成度高，三发一收，可替换4颗单通道通信隔离光耦，大大缩小PCB面积；

· 拥有业界最低功耗，1.6mA/ch @1Mbps 比光耦低5倍；

· 具有最好的时序特性，传播延时仅10ns，比光耦低3倍，抖动比光耦低2倍(350ps)；

· 具有长期的可靠性，使用寿命可达60年，可保证产品长期的生命周期；

· 通过了UL、CSA、VDE以及AEC-Q100汽车级认证；

· 世强大批量备货，供货交期价格等均具有竞争优势。

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小蝴蝶 Lv6. 高级专家 2021-07-13

学习了
大虫子 Lv7. 资深专家 2021-07-10

了解了

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型号- NSI6602,NCA1051,NSI1311,NSE34050D-Q1,NSI1312,NSI6601,NSR35XXX-Q1,NSD8408,NCA9617,NSI8308X,NCA8244,NSI6611X,NS182XX,NSI6801X,NSM2013,NIRS485,NSM2015,NSM2011,NSI6651X,NSR33XXX,NCA1042-Q1,NSC9262,NSI1300,NSC9264,NSR2240X,NSP1830,NSI8308XE,NCA1042,NCA1043,NSR35XXX Q1,NSI6622X,NSE11409,NSP1831,NSC9260X,NSP1832,NSM2020,NSD7312,NSL2163X,NSD8306,NSD8308,NSD1025X,NSI86XX,NSI8308A,NSE11409-Q1,NSI826X,NSD8308-Q1,NSE34050,NSM201X,NSI1303X,NSI6851X,NSPDC1,NSR31XXX,NS16601,NSIP8308X,NSI1300D05,NSD1624,NSL219XX,NSR31XXX Q1,NS11311,NSI33XX,NSD731X,NSIP88XX,NSI1400,NSI6931,NSD8308-Q1NSD8308-Q1,NCA1051A,NSUC1600,NSUC1602,NSR31XXX-Q1,NSE34050Q-Q1,NSM3011,NSI82XX,NSL2363X,NSM3012,NSL2161X,NCA10XXA,NSI319X,NCA9539,NSA1042,NCA4245,NSR33XXX Q1,NSI1200X,NIRSP31,NSI1305X,NSM203X,NSI1300D25,NSG65N15A,NSD122X,NSD5604,NSI6911,NSIP89XX,NCA1021-Q1,NSR114XX-Q1,NSI824X,NSP1631,NSP1632,NSPASX,NSP1630,NSI1306X,NSE34050S-Q1,NSIP8XXX,NSR33XXX-Q1,NSD1624-Q,NSD2621,NSD1015,NSI810X,NSA9264,NSI6601MX,NCA1043-Q1,NCA1042A,NSD8381-Q1,NSI1311X,NSA9260X,NSPGM2,NSPGM1,NSM101X,NSI6602V,NSI6601X,NSIP1042,NSD1025,NSR35XXX,NIRS31,NSI1042,NSI6611,NSI822X,NSPAS1,NCA9306,NSPAS3,NCA1145,NSPAQX,NCA1021,NSI1300X,NCA8T245,NSI6602E,NSI1050

应用及方案 - 纳芯微电子 - 2022/6/16 PDF 中文下载

【应用】一颗6通道数字隔离IC替换6颗高速光耦来做IPM驱动信号的隔离，降低设计成本，缩小产品体积

SILICON LABS推出的SI8660 6通道数字隔离IC可以实现一颗芯片替换6颗高速光耦来做IPM驱动信号的隔离，既降低设计成本，又可以进一步缩小产品的设计体积。SI8660符合AEC-Q100的车规级认证，高达150Mbps的传输率，CMTI典型值为50KV/us,可以提升系统控制的稳定性；同时具有2.5KV，3.75KV，5KV的不同隔离电压，并且封装有窄体，宽体，小型化封装。

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【应用】速率高达150Mbps数字隔离器Si8640BA-B-IU应用于I2S信号隔离，有效解决音频信号的底噪问题

本文主要介绍通过使用Silicon Labs Si8640BA-B-IU隔离芯片彻底的将解码板和音频板的I2S信号隔离开，避免了解码板的数字噪声影响音频信号的底噪，实测数据从6uV降低到了2uV；同时该芯片的速率高达150Mbps，能满足更多信号类型的隔离，是我们多通道信号隔离芯片的一个理想选择。

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【应用】带DC-DC转换的双数字隔离芯片SI88221XC用于VAV系统

常规VAV系统中使用一颗Silicon Labs带DC-DC转换的双数字隔离芯片Si88221，只需要输入端供电，外部加一个变压器可以给输出端供电，供电电压由输出端的电阻进行调整，芯片集成一正一反两个通道可以对485总线的收发信号进行隔离，DC-DC转换效率83%。

应用方案发布时间 : 2020-12-04

请推荐高速IO电平转换芯片，用于3.3vMCU产生5V的IO信号，用于高速SPI。

可以采用数字隔离芯片实现电平转换，例如隔离芯片源边连接3.3V电源，副边连接5V电源，实现电平装换，Silicon labs的数字隔离芯支持150MHz速率，对于SPI通信可以选用Si8641，3路输入（对于Si8641的源边），用于MOSI、CLK和片选信号，一路输出用于MISO信号。

技术问答发布时间 : 2017-09-15

【选型】为轨道交通智能分析主机RS485收发器通信隔离选择一款合适的数字隔离芯片SI8641BC-B-IS1R

为保证智能分析主机RS485数据总线在严重干扰和其它系统级噪声存在的情况下可不间断、无差错运行，一般需要对MCU与RS485收发器（常用MAX485）通信之间加入一款数字隔离芯片做保护。推荐选择Silicon Labs（芯科）数字隔离芯片SI8641BC-B-IS1R，可实现四路信号隔离，信号方向三正一反，采用窄体NB SOIC-16封装，绝缘耐压能力3.75kVrms。

器件选型发布时间 : 2020-04-04