【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

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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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2017-05-05 - 技术问答代理服务技术支持采购服务

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目前在开发的通用变频器产品中，有用到SPI接口芯片和MUC进行通讯，需要做隔离，隔离电压5KV，通讯速率150M即可，请帮忙推荐一个国产数字隔离器件用于，SPI通讯的隔离。

推荐国产荣湃，4通道数字隔离，π141E61，5kV隔离电压，3正向1反向，200Mbps速率，WSOP16宽体封装，CMTI达75KV/us，保障芯片在信号传输过程中不受干扰，提高系统稳定性，详细参考：https://www.sekorm.com/doc/2442002.html

2021-09-15 - 技术问答代理服务技术支持采购服务

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2017-05-05 - 技术问答代理服务技术支持采购服务

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。

2017-09-15 - 技术问答代理服务技术支持采购服务

一个项目，需要用到电机PWM信号的隔离，一端3.3V，一端5V，需要六通道的，单向的，在网站上搜到了芯科的SI8660芯片，但是不是国产的，想咨询一下这种国产的六通道隔离芯片或者SI8660的国产化替代方案

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2017-05-05 - 技术问答代理服务技术支持采购服务

帮忙推荐2款数字隔离芯片，8路输入输出以及4路输入输出的，要求：输出电压支持24V、输出电流30mA左右，谢谢！

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