Гальваническая изоляция интерфейса I2C с улучшенной помехоустойчивостью

ON Semiconductor FDV302P HCPL0600

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.

Гальваническая изоляция интерфейса I2C с улучшенной помехоустойчивостью
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

  1. Nguyen, Minh-Tam, and Martin Baumbach, "Two-wire interface has galvanic isolation," EDN, Nov 11, 1999, pg 174.
  2. Blozis, Steve, "Opto-electrical isolation of the I2C-Bus," Embedded Systems Design, Oct 14, 2004.

Материалы по теме

  1. Datasheet Nexperia BAT254
  2. Datasheet ON Semiconductor FDV302P
  3. Datasheet ON Semiconductor HCPL0600
  4. Datasheet Broadcom HCPL-0630

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: I2C interface has galvanic isolation, wired-OR capability, improved noise margin

FDV302P Купить ЦенаКупить FDV302P на РадиоЛоцман.Цены — от 0,94 до 198
42 предложений от 25 поставщиков
Исполнение: SOT23. MOSFET, P, DIGITAL, SOT-23; Transistor Type:MOSFET; Transistor Polarity:P; Voltage, Vds Typ:-25V; Current, Id Cont:0.12A; Resistance, Rds On:13ohm; Voltage, Vgs...
Стандарт СИЗ
Россия
FDV302P
Fairchild
1 ₽
Элитан
Россия
FDV302P
ON Semiconductor
2 ₽
Берёзка Электронные Компоненты
Россия
FDV302P
ON Semiconductor
от 3 ₽
Десси
Россия
Транзистор биполярный стандартный FDV302P
Fairchild
7 ₽
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя