Гальваническая изоляция интерфейса I2C с улучшенной помехоустойчивостью

Журнал РАДИОЛОЦМАН, январь 2018

Michele Costantino

EDN

В статье представлен простой и эффективный способ оптической изоляции устройств, подключаемых к шине I²C (Рисунок 1). Это усовершенствованная версия схемы, ранее описанной в [1]. Со стороны задатчика шины I²C сигналы обозначены как SDA и SCL, а со стороны подчиненного устройства – SDA₁ и SCL₁. Линия передачи тактового сигнала идет в одном направлении – от ведущего шины к подчиненному устройству, – поэтому дополнить ее оптоизоляцией довольно просто. P-канальный MOSFET Q₃ буферизует линию синхронизации, обеспечивая током светодиод быстрого оптоизолятора IC₂.

Рисунок 1.	Это устройство обеспечивает изолированное двунаправленное подключение подчиненных устройств к шине интерфейса I2C по схеме монтажного «ИЛИ».

Линия данных, однако, двунаправленная. Связанная с ней часть схемы симметрична. R₆ и R₇ служат подтягивающими резисторами на стороне подчиненного устройства шины I²C, а R₃ и R₁ – фиктивные подтягивающие резисторы, параллельные штатным резисторам I²C со стороны SDA/SCL. Пока уровень напряжения на обеих линиях SDA и SDA₁ высокий, то есть никакие устройства на шине I²C не проявляют активности, транзистор Q₁ закрыт, ток через светодиод оптоизолятора IC₂ не течет, уровень сигнала на выходе 7 оптрона IC₂ высокий, и светодиод оптоизолятора IC₁ также выключен.

Если устройство выставляет низкий уровень на линии SDA, транзистор Q₁ и светодиод оптоизолятора IC₂ выключаются, на выводе 7 оптрона IC₂ устанавливается низкий уровень напряжения и диод D₂ начинает проводить ток. В результате низкий уровень сигнала на линии SDA₁ будет определяться суммой небольшого выходного напряжения IC₂ и прямого напряжения диода Шоттки D₂. Важно отметить, что в этой ситуации светодиод оптрона IC₁ не включается, поскольку приложенное к нему напряжение ниже порогового значения. Это означает, что схема не защелкивается, и может вернуться из этого состояния, как только линия SDA будет отпущена.

Q₃ и биполярный транзистор p-n-p типа Q₁ эффективно буферизуют две линии SDA/SCL, поэтому при низких уровнях сигналов на линиях в каскады подключенных к шине I²C устройств с открытыми коллекторами и открытыми стоками не попадают никакие дополнительные токи. Эта конфигурация позволяет подключать к изолированному интерфейсу несколько устройств по схеме монтажного «ИЛИ». Использование в качестве D₁ и D₂ диодов с барьером Шоттки вместо обычных диодов уменьшает низкий уровень напряжения на шине, увеличивая запас помехоустойчивости схемы. И, наконец, благодаря низким временам задержки распространения сигналов устройств семейства HCPL06XX, используемых в этой схеме, шина не подвержена сбоям и хорошо работает до частот 400 кГц и выше [2].

Ссылки

Материалы по теме