【经验】简述10位 主控制器Si890x的CMOS隔离技术原理和自动波特率算法
10位隔离式Si890x主控制器将10位SAR ADC子系统，监控状态机，隔离式UART（Si8900）和I2C/SMbus端口（Si8901）/SPI端口（Si8902）集成封装。Si890x系列基于SILICON LABS专有的CMOS隔离技术，提供额定值为2.5或5.0 kV的隔离，可用于各种低频模拟数据采集应用，包括隔离式交流线路监控器，传感器接口电路，电源传输系统和太阳能逆变器等。如果Si890x器件工作在从机模式，必须由外部主控制器（通常是MCU）管理。本文还提供了一些建议，用于配置用户的主控制器，使其能够使用Si890x进行串口重新同步和从VDD丢失中恢复等操作。
图1 Si890x通用框图
上图展示了Si890x系列的通用框图，Si890x系列需要相互隔离的输入和输出VDD电源。输入侧电源（VDDA）为ADC子系统、状态机、串行端口和数字隔离器的输入侧提供偏压，VDDB电源为隔离器输出电路供电，通常也为用户的主设备供电。用户的主控制器向Si890x发送一个串行命令字节，指定ADC的工作模式、MUX通道地址和电压参考源；在接收到命令字节后，Si890x执行指定的ADC转换，可用来供主机在隔离的串行端口接口上读取转换数据。因此，了解集成CMOS数字隔离器操作对于理解整个Si890x操作是必要的。
集成电隔离
CMOS隔离技术在工作电压和温度范围内提供稳定的性能，而且没有光耦合器的基本缺陷，CMOS数字隔离器通道的框图如图2所示。
图2 CMOS隔离通道框图
除了使用高频载波代替光之外，数字隔离器的操作类似于光耦合器的操作。隔离器通道由标准IC封装中的两个相同的半导体管芯组成，其中每个管芯包含发送和接收电路。当它们被引线键合在一起时，两个管芯形成由差分电容隔离屏障隔开的高频发射器和接收器。使用简单的开/关键控（OOK）调制传输输入/输出数据；当输入引脚（VIN）为高电平时，发送器产生一个载流子，该载流子通过隔离栅传播到接收器。当检测到足够的带内载波能量时，接收器在输出引脚逻辑（VOUT）置为1。当VIN为低电平时，发送器关闭，接收器驱动VOUT为低电平，因为没有检测到带内RF能量。当不存在一个或两个VDD电源时，请参见表1以确定输出。
表1 CMOS数字隔离器操作
VI Input1,2 | VDDI State1,3,4 | VDDO State1,3,4 | VO Output1,2 | 说明 |
H | P | P | H | 正常工作 |
L | P | P | L | |
X | UP | P | L H | 在VDDI从无电转换为供电时，VO在不到1μs的时间内返回到与VI相同的状态。 |
X | P | UP | 不确定 | 在VDDO从无电转换为供电后，VO在不到1μs的时间内返回与VI相同的状态。 |
注意： 1. VDDI和VDDO是输入和输出电源， VI和VO分别是输入和输出端子； 2. X =不适用， H =逻辑高电平，L =逻辑低电平， Hi-Z =高阻抗； 3. “供电”状态（P）定义为2.5 V <VDD <5.5 V； 4. “无电”状态（UP）定义为VDD = 0 V。 | ||||
Si8900主控制器自动波特率算法
Si8900波特率检测算法使用主机的UART波特率来确定上下波特率边界，并将操作波特率置于这两个限值之间。自适应波特率检测从Si8900开始，将其波特率设置为最大值520 kbps，并等待主机向Si8900发送一个字节流（每个都具有十六进制值0xAA）。Si8900将每个接收到的字节与0xAA进行比较，并在接收到的字节不是0xAA时降低波特率。此过程一直持续到Si8900成功接收到0xAA为止，此时波特率上限值存储在Si8900存储器中。如图3所示了主机/ Si8900自动波特率检测（“自动波特率”）过程。
图3 Si8900自适应自动波特率功能流程图
Si8900通过将波特率设置为最小值58 kbps并再次将每个输入字节与0xAA进行比较来发现其较低的波特率限制，从而增加波特率，直到成功接收到0xAA并存储在Si8900存储器中。然后，Si8900通过将工作波特率设置在波特率上限和下限之间的中间位置来优化波特率。最后，Si8900通过向主控制器发送两个连续的0x55字节来终止自适应波特率序列。
1）VDD故障后Si8900通信恢复
自适应波特率处理完成后，VDD电源故障将导致Si8900与主机通信中断。参考表2，VDDB的丢失致使隔离器输出驱动器没有偏置电压，导致Tx和Rx引脚进入“未确定”状态。也就是说，Tx和Rx可以降至零或通过局部寄生耦合被拉至任意电压。（通过将电阻从Tx和Rx连接到地或VDD，可以确定Tx和Rx。）由于VDDA没有故障，Si8900存储器仍然包含先前计算的有效波特率设置。因此，主机只需在VDDB恢复后立即恢复与Si8900的通信。请注意，不应调用自动波特率算法，因为输入端电源未被中断，所以ESA00将拒绝0xAA字节作为无效命令字节。VDDA丢失会禁用ADC子系统，状态机和存储器，串行端口和输入侧隔离器偏置电压。在这种情况下，先前计算的波特率设置丢失，主机必须在VDDA恢复后调用自动波特率同步周期。
表2 Si8900电源故障类型分析
VDDA Supply | VDDB Supply | ADC Status | State Machine/Memory | Si8900 Rx | Si8900 Tx | Invoke Auto Baud? |
Powered | Powered | Enabled | Enabled | Enabled | Enabled | Yes |
Powered | Unpowered | Enabled | Enabled | Undetermined | Undetermined | No |
Unpowered | Powered | Disabled | Disabled | Low | High | Yes |
Unpowered | Unpowered | Disabled | Disabled | Undetermined | Undetermined | N/A |
所有Si890x器件都会将它们收到的每个命令字节返回给主控制器进行验证。如果主控制器收到的返回命令与其原始传输不同，则Si8900波特率值可能不正确。这可以通过让主机连续三到五次向Si8900发送相同的命令字节来确认，如果结果始终不正确，则调用自动波特率进行重新同步。请注意，如果Si8900断电，主机的命令传输将不会返回到Si8900，从而为主机提供了区分不正确波特率和无源Si8900的方法。
2）Si8901和Si8902主控制器的建议
与Si8900 UART（异步）通信端口不同，Si8901 I2C端口是由主控制器提供时钟的同步端口。该端口使用ACK / NAK（确认/非确认）方案分别表示Si8901和主控制器之间的数据传输成功或不成功。收到NAK后，主机应将CNFG_0命令字节重新发送到Si8901以重新建立通信，并应从Si8901接收该字节的副本。如果Si8901无法返回主控制器的Si8901 CNFG_0命令字节的副本，则主控制器可以继续尝试建立通信或执行其他不相关的任务，并稍后返回以尝试重新建立通信。
表3 Si8901电源故障类型分析
VDDA Supply | VDDB Supply | ADC Status | State Machine/Memory | Si8901 SDA | Si8901 SCL |
Powered | Powered | Enabled | Enabled | Enabled | Enabled |
Powered | Unpowered | Enabled | Enabled | Pulled High | Pulled High |
Unpowered | Powered | Disabled | Disabled | Pulled High | Pulled High |
Unpowered | Unpowered | Disabled | Disabled | Pulled High | Pulled High |
Si8902 SPI端口也是同步串行端口。为确保SPI端口复位，主机必须在每次发送或接收数据字节时切换Si8902/EN输出。如表4所示，输出端VDDB的故障或VDDA和VDDB同时故障迫使功率损耗严重，所有SPI端口线进入高阻态。仅损失VDDA会导致除从机数据输出线（SDO）之外的所有线路都退回到高阻态（SDO恢复到逻辑低状态）。VDDB丢失会禁用隔离器输出驱动器，导致多个SPI端口引脚进入未确定状态，其中给定引脚可能降至零或通过局部寄生耦合拉至任意电压。通过将未确定引脚的电阻连接到地或VDD，可以使这些引脚具有确定性。与Si8901一样，将CNFG_0命令字节返回到主控制器的多次失败表明Si8902未通电或处于脱机状态。在这种情况下，主机可以继续尝试建立通信或服务其他不相关的任务，并稍后返回以尝试重新通信。
表4 Si8902电源故障类型分析
VDDA Supply | VDDB Supply | ADC Status | State Machine/Memory | Si8902 SDI | Si8902 SDO | Si8902 SCLK | Si8902 /EN |
Powered | Powered | Enabled | Enabled | Enabled | Enabled | Enabled | Enabled |
Powered | Unpowered | Enabled | Enabled | Undetermined | Undetermined | Undetermined | Undetermined |
Unpowered | Powered | Disabled | Disabled | Undetermined | Low | Undetermined | Undetermined |
Unpowered | Unpowered | Disabled | Disabled | Undetermined | Undetermined | Undetermined | Undetermined |
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Silicon Labs（芯科科技） AN598 高速电平转换使用Si8XXX 隔离器 应用笔记
型号- SI8661BC-B-IS1R,SI8902D-A01-GS,SI8450BA-B-IS1R,SI8660BA-B-IS1,SI8238AB-D-IS1,SI8422AB-B-ISR,SI8380PM-IU,SI8235AB-D-ISR,SI8502-B-GM,SI8712CC-B-IP,SI8421AB-C-IS,SI8462BB-B-IS1,SI8710AD-B-IS,SI8712CC-B-IS,SI8662BB-B-IS1R,SI8461AB-B-IS1,SI8441BB-D-IS,SI8635BD-B-IS,SI8232AB-D-IS1,SI8388P-IU,SI8461AA-B-IS1R,SI8602AC-B-ISR,SI8440BB-D-ISR,SI8382PS-IU,SI8712BC-B-ISR,SI8661EC-B-IS1R,SI8235BD-D-IS,SI8641BB-B-IUR,SI8660BA-A-IS1,SI8451BB-B-IS1,SI8232AB-D-ISR,SI8605AC-B-IS1,SI8261AAC-C-IP,SI8651ED-B-ISR,SI8423BB-B-ISR,SI8261AAC-C-IS,SI8661AB-B-IS1R,SI8220CD-D-IS,SI8650ED-B-IS,SI8642AB-B-IS,SI8711CD-B-IMR,SI8719BC-A-IP,SI8631AB-B-IS,SI8715BC-A-IPR,SI8445BB-C-IS,SI8719BC-A-IS,SI8620AB-B-IS,SI8631EC-B-IS1,SI8274AB1-IM,SI8244CB-D-IS1R,SI8711AC-B-ISR,SI8405AA-B-IS1R,SI8065AA-B-IU,SI8271GB-IS,SI8462BA-B-IS1R,SI8640AB-B-IS1,SI8710BC-B-IP,SI8600AD-B-IS,SI8900B-A01-GS,SI8710BC-B-IS,SI8640BC-B-IS1R,SI8221CC-D-ISR,SI8662BD-B-ISR,SI8275AB-IM,SI8237BD-D-IS,SI8712BD-B-IM,SI8450AB-B-IS1,SI8273DB-IS1,SI8620EC-B-IS,SI8605AB-B-IS1R,SI8655BB-B-IS1R,SI8718BC-A-IPR,SI8261ACD-C-ISR,SI8235BB-D-IS,SI8622BB-B-ISR,SI8235BB-D-IM,SI8650BC-B-IS1,SI8640AB-B-ISR,SI8662ED-B-ISR,SI8712BC-B-IPR,SI8540-B-FWR,SI8641BB-B-ISR,SI8236BA-D-IMR,SI8641BD-D-IS,SI8640EC-B-IS1R,SI8422BD-D-ISR,SI8461BB-B-IS1R,SI8421AD-D-ISR,SI8655BA-B-ISR,SI8274GB1-IMR,SI8620EC-B-ISR,SI8274AB4D-IS1R,SI8442AB-D-ISR,SI8233AB-D-IM,SI8640AB-B-IS1R,SI8233AB-D-IS,SI8500,SI8230AB-D-IS,SI8283BD-IS,SI8711AC-B-IPR,SI8720BC-A-ISR,SI8710BD-B-ISR,SI8621AB-B-ISR,SI8261BAD-C-ISR,SI8900B-A01-GSR,SI8455BA-B-IU,SI8440BB-D-IS1,SI8232AD-D-IS,SI8442AB-D-IS1,SI8620BD-B-ISR,SI8238AB-D-IS1R,SI8430BB-D-IS1R,SI8662EC-B-IS1,SI8452AA-B-IS1,SI8236AA-D-IM,SI8445BA-D-IS1R,SI8641BB-B-IS,SI8655BA-B-IUR,SI8652BC-B-IS1R,SI8600AD-B-ISR,SI8655BB-B-IS1,SI8410AD-D-ISR,SI8400AB-B-IS,SI8030AA-B-IU,SI8451AB-B-IS1R,SI8230BB-D-IS1,SI8460AA-B-IS1,SI8230AD-D-ISR,SI8441AB-D-IS1R,SI8442BA-D-IUR,SI8642BC-B-IS1R,SI8235AD-D-IS,SI8660AB-B-IS1,SI8273DB-IS1R,SI8422BB-B-IS,SI8235AB-D-IS1R,SI8384,SI8274GB1-IS1,SI8380,SI8503-B-GM,SI8382,SI8388,SI8641BA-B-IUR,SI8237BD‐D‐IS,SI8235BA-D-IS1R,SI8642BD-B-ISR,SI8237AD-D-IS,SI8237BD-D-ISR,SI8450BA-B-IS1,SI8652AB-B-IS1R,SI8718BC-A-ISR,SI8631BC-B-IS1,SI8641BB-B-IS1,SI8235AB-D-IMR,SI8631BD-B-ISR,SI8651EC-B-IS1,SI8661BB-B-IS1,SI8661ED-B-IS,SI8631EC-B-IS1R,SI8622EB-B-ISR,SI8452BB-B-IS1R,SI8610AB-B-ISR,SI8621ED-B-ISR,SI8232DB-D-ISR,SI8261BCC-C-IS,SI8236BB-D-IMR,SI8220BD-D-ISR,SI8423AB-D-ISR,SI8422AD-D-IS,SI8641BD-B-IS,SI8230BB-D-ISR,SI838X,SI8501-B-GM,SI8661BC-B-IS1,SI8232BB-D-IS,SI8630BD-B-IS,SI8441AA-D-IS1,SI8380P-IUR,SI8442BA-D-IS1,SI8384PS-IUR,SI8231BD-D-IS,SI8435BB-D-IS1,SI8421BD-D-IS,SI8622BC-B-IS,SI8600AC-B-IS,SI8452BA-B-IS1R,SI8641BA-C-IUR,SI8605AD-B-ISR,SI8651BD-B-IS,SI8435BB-D-ISR,SI8423BB-D-ISR,SI8422AB-D-ISR,SI8400AB-B-ISR,SI8261BAD-C-IMR,SI8642AB-B-IS1R,SI8405AA-A-IS1,SI8630BB-B-ISR,SI8640ED-B-ISR,SI8040AA-B-IU,SI8382PF-IU,SI8655BA-B-IS,SI8461BA-B-IS1,SI8237AD‐D‐IS,SI8405AA-B-IS1,SI8275AB-IMR,SI8662BD-B-IS,SI8655BA-B-IU,SI8650BB-B-IS1R,SI8410BD-D-IS,SI8231BD-D-ISR,SI8630BB-B-IS,SI8282CD-IS,SI8422AB-D-IS,SI8220CB-D-ISR,SI8441BB-D-IS1R,SI8660BB-B-IS1,SI8630BB-B-IS1,SI8645BC-B-IS1R,SI8271AB-ISR,SI8420-B-IS,SI8405AB-B-IS1,SI8422BB-D-IS,SI8220DB-D-IS,SI8642BC-B-IS1,SI8235AB-D-IS1,SI8455BA-B-IS1R,SI8642ED-B-ISR,SI8652BB-B-IS1R,SI8402AB-B-ISR,SI8261BBD-C-IS,SI8273GB-IS1R,SI8261BBD-C-IM,SI8231BB-D-ISR,SI8261BAC-C-ISR,SI8645BA-B-IU,SI8430AB-D-ISR,SI8642BB-B-IS1,SI8451AA-B-IS1R,SI8441AA-D-IS1R,SI8388P-IUR,SI8902B-A01-GSR,SI851X,SI8285BD-A-IS,SI8400AA-B-IS,SI8650BD-B-ISR,SI8234AD-D-ISR,SI8261ABD-C-IMR,SI8710CC-B-IS,SI8635BD-B-ISR,SI8540,SI8710CC-B-IP,SI8422AB-D-YS0R,SI8605AB-B-IS1,SI8421AD-D-IS,SI8661EC-B-IS1,SI8442BA-D-IU,SI8711CD-B-IM,SI8610ED-B-ISR,SI8635BC-B-IS1R,SI8273BBD-IS1R,SI8606AC-B-IS1R,SI8640EC-B-IS1,SI8602AB-B-ISR,SI8450AB-B-IS1R,SI8400AA-B-ISR,SI8231BB-D-IS1,SI8380S-IU,SI8663ED-B-ISR,SI8460BA-B-IS1R,SI8423AB-D-IS,SI8274GB4D-IMR,SI8441BB-D-IS1,SI8234AD-D-IS,SI8420BB-D-IS,SI8384P-IU,SI8261BCD-C-ISR,SI8442-A-IS,SI8420BB-D-ISR,SI8261BAC-C-IPR,SI8274BB1-IS1R,SI8273AB-IM,SI8273BB-IS1,SI854X,SI8261ABC-C-IS,SI8380PS-IUR,SI8431BB-D-IS1,SI8261ABC-C-IP,SI8382PF-IUR,SI8622EC-B-IS,SI8441BB-D-ISR,SI8420-C-IS,SI8631BB-B-ISR,SI8274GB4D-IM,SI8712BC-B-IS,SI8712BC-B-IP,SI8655BD-B-IS,SI8610AB-B-IS,SI8450BB-B-IS1,SI871X,SI8235BA-D-IS1,SI8710BD-B-IS,SI8410AB-C-IS,SI8232BD-D-IS,SI8463BB-B-IS1,SI8233BB-D-IM,SI8645BB-B-IS1R,SI8631BB-B-IS1,SI8442BA-D-IS1R,SI8620ED-B-ISR,SI8622ED-B-IS,SI8235BD-D-ISR,SI8422BD-D-IS,SI8234AB-C-IS1,SI8600AC-B-ISR,SI8642BT-ISR,SI8501,SI8502,SI8503,SI8631BC-B-IS1R,SI8641BC-B-IS1,SI8275ABD-IM,SI8233BB-D-IS,SI8380PF-IU,SI8620BC-B-ISR,SI8622BD-B-IS,SI8244BB-C-1S1,SI872X,SI8380PF-IUR,SI8421BB-C-IS,SI8233BB-D-IS1R,SI8274GB4D-IS1,SI8238AD‐D‐IS,SI8512,SI8513,SI8710AC-B-IP,SI8231AB-D-IS1R,SI8710AC-B-IS,SI8511,SI8230AB-D-IS1,SI8431BB-D-ISR,SI8517,SI8451BB-B-IS1R,SI8630AB-B-IS1,SI8518,SI8234AB-D-ISR,SI8040AA-B-IUR,SI8519,SI8650EC-B-IS1,SI8244BB-D-IS1,SI8241BB-D-IS1,SI8445-B-IS,SI8712BD-B-IMR,SI87
Si8900/1/2 ISOLATED MONITORING ADC
型号- SI8900D-A01-GS,SI8900B-A01-GSR,SI8901B-A01-GS,SI8901D-A01-GS,SI8900AB-A-ISR,SI890YYWWRTTTTT,SI8902B-A01-GS,SI8902D-A01-GS,SOIC127P1032X265-16AN,SI8900B-A01-GS,SI8902D-A01-GSR,SI8901D-A01-GSR,SI8900,SI89XX,SI8901B-A01-GSR,SI8900D-A01-GSR,SI890X,SI890XY,SI890,SI8901,SI8902B-A01-GSR,SI8902
请问Si8xxx容耦隔离的实现原理和优势是什么？
Silicon Labs Si8xxx容耦隔离产品使用SiO2作为电介质，其设计原理是双DIE分开（INPUT DIE与OUTPUT DIE分开），两层电容隔离层+金线连接。这样设计具有非常高的安全性和可靠性。如果电容被击穿，电容两端处于短路状态，但是同时要把两层SiO2层击穿是非常困难的，而且还有金线的保护，如果电流达到能够同时击穿两层SiO2层的程度，中间的金线也会同时断掉，这个专利设计使Si8xxx电容隔离可靠性更高.
技术问答 发布时间 : 2017-05-05
Silicon Labs（芯科科技） AN637 Si890x主控制器的建议
型号- SI8900B-A01-GSR,SI8900D-A01-GS,SI8901B-A01-GS,SI8901D-A01-GS,SI8902B-A01-GS,SI8902D-A01-GS,SI8900B-A01-GS,SI8902D-A01-GSR,SI8901D-A01-GSR,SI8900,SI8901B-A01-GSR,SI8900D-A01-GSR,SI890X,SI8901,SI8902B-A01-GSR,SI8902
Si890x-PWR-EVB Si890X DIGITAL ISOLATOR-BASED, 10-BIT ISOLATED MONITORING ADC USER’S GUIDE
型号- SI8900D-A01-GS,RHM75ERCT-ND,SI8902B-A01-GS,SI8902D-A01-GS,PCC330CGCT-ND,SI8900AD-A00-GS,SI8900B-A01-GS,MHC10K-ND,215-ND,C8051F007,SSW-103-02-G-T-RA,CTX092-ND,PLVA662A,350-1555-ND,445-1437-1-ND,311-4.02KCRCT-ND,399-1282-1-ND,P10.0KCCT-ND,SI890X-PWR-EVB,1N5819HW-FDICT-ND,S2011E-03-ND,490-3899-1-ND,S1011E-02-ND,0603CG471G9B200-ND,SI8900,P4.99KCCT-ND,SI8901,541-100KUCT-ND,SI8902,TC10143.3VCT713CT-ND,SI8901B-A01-GS,MC33272ADR2GOSCT-ND,SI8901D-A01-GS,985-1197-1-ND,445-4536-1-ND,445-5211-1-ND,NO POP,SI8902AD-A00-GS,P499KCCT-ND,PCC122BNCT-ND,P100ACT-ND,C8051F007-GQ,478-1175-1-ND,277-1251-ND,P4.75KCTR-ND,S9001-ND,311-2.0KARCT-ND,PCC2318CT-ND,P100KACT-ND,SI8901AD-A00-GS,SI890X,RT0805FRE0733K2L-ND
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