【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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应用及方案 - 纳芯微电子 - 2022/6/16 PDF 中文下载

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。

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进军工业市场，芯动神州授权世强硬创代理高可靠工业信号链芯片

2022年12月16日，世强先进（深圳）科技股份有限公司（下称“世强先进”）和芯动神州微电子科技（上海）有限公司（下称“芯动神州”）签署战略合作协议，授权世强先进全线代理其旗下传感器、霍尔传感器、信号链芯片、数字隔离器、模数转换器等产品。

公司动态发布时间 : 2023-02-01

【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。

应用方案发布时间 : 2018-07-28

【应用】数字隔离芯片Si8622助力隔离电能质量分析仪表485总线隔离

在电能质量分析仪表中有485总线隔离需求，这就需要选用一款数字隔离芯片，为了优化成本我们都是在收发通道用数字隔离，在控制管脚用普通的便宜的光耦隔离就可以。推荐选用Silicon Labs 数字隔离器Si8622EC-B-IS，电源范围2.5-5.5V，传输延时8ns，速率150Mbps,共模抑制比高50 kV/μs, HBM电压4.5KV，隔离电压高3.75KV,完全满足电力方面隔离需求。

应用方案发布时间 : 2019-01-17

【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。

应用方案发布时间 : 2020-05-28

【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

在PLC的应用系统中需要进行外部模拟量隔离采样，常用的方式是采用专用的AD芯片进行数字化采样，在SPI通讯上加数字隔离进行数据传输，是否有AD数字采样和串行隔离输出为一体的应用方案？

给客户推荐Si890x，它是10bit的AD隔离采样芯片，可选UART或I2C或SPI的数据传输方式，AD采样和隔离数据传输集成于一体，设计应用简单、便捷。

技术问答发布时间 : 2017-05-05

【应用】Silicon Labs Si8600 I2C通信隔离芯片在以太网供电方案中的应用

NVR，交换机等设备，有支持POE供电。这些设备采用的PSE电源芯片，几乎都支持I2C通信接口，通过host端来实现功率管理。而host端电源和POE的48V电源之间是隔离的，因此I2C通信也需要增加隔离器。《支持8端口的单芯片以太网供电（POE）优选器件方案》采用Silicon Labs公司的POE供电芯片Si3459，以及I2C通信隔离芯片Si8600，实现更加高效稳定的以太网供电系统。

应用方案发布时间 : 2019-01-10

请推荐一颗USB隔离芯片。

暂时没有完全符合USB直接和MCU的隔离，推荐Silicon Labs品牌的隔离器产品Si88242，提供了四个高速数字隔离通道，分别为两入与两出通道，支持最高100 Mbps的数据速率，传输延迟仅为23 ns（MAX），可以参考文章：【应用】使用Si88242隔离器完成USB接口到MCU的数据通信隔离设计方案。

技术问答发布时间 : 2020-02-26