【導讀】IIC總線結構簡單且易於實現，廣泛應用於設備或模塊間的連接。在某些數據采集和電源控製設備中
，必須把IIC主設備與一個或多個從設備隔離開來，以便解決噪聲、接地、安全等問題。本文主要介紹如何利用納芯微電子(NOVOSENSE)生產的NSi810x係列芯片高效快速的實現IIC設備隔離。

首先我們先來了解下NSi810x係列芯片。NSi810x係列芯片為兼容IIC接口的高可靠性雙向數字隔離器，其符合AEC-Q100標準，具有高電磁抗擾度和低輻射的特性。NSi810x係列產品的主要性能指標如下：

●    高達5000VRMS隔離電壓

●    I2C時鍾速率：高達2MHz

●    供電電壓範圍：2.5V~5.5V

●    高CMTI:150kV/us

●    芯片級ESD:HBM高達±6kV

●    高係統級EMC性能：增強型係統級抗ESD、EFT

、浪湧能力

●    隔離帶壽命：>60年

NSi810x係列均包含窄體SOIC8及寬體SOIC16兩種封裝形式，各型號功能框圖如下：

圖1 NSi8100/01窄體SOIC8封裝圖

圖2 NSi8100/1寬體SOIC-16封裝圖 

NSi810x係列典型應用電路 

NSi810x係列產品外圍電路簡單，隻需要雙端電源供電及在IIC通信引腳連接上拉電阻滿足芯片的開漏驅動即可實現IIC總線的隔離（如圖3）。那麼，如何選取合適的上拉電阻，是該類應用電路的關鍵。

圖3 隔離IIC外圍電路

分析上拉電阻對隔離電路的影響時，需要考慮兩種情況。第一種情況是當SDA1傳向SDA2的信號由高電平轉換為低電平時（如圖3），必須保證NSi810x的輸出驅動能力IO大於外部上拉電路的上拉能力IPU2，SDA2的狀態才能跟隨輸入狀態發生相應變化。

選取最大供電電壓5.5V的情況, RPU2應滿足如下條件：

當IPU2<IO時，side2輸出隨輸入變化為低電平狀態，此時，端口信號的下降時間t保持約10ns固定狀態，與負載電容的大小幾乎無關。

第二種情況是當SDA1傳向SDA2的信號由低電平轉換為高電平時
，由於NSi810x係列的開漏驅動特性，SDA2的狀態由外部上拉電路決定。此外
，由於電路中對地負載電容與上拉電組的RC電路的充電效應
，使得side2輸出恢複高電平的時間（tPLH12）與除了與隔離電路傳播延時（tLH12）有關，還與該RC電路的充放電時間有關（tRC）,即

在相同的負載電容情況下，上拉電阻越大，tRC 就越大
，導致輸出上升時間就越長。又由於其下降時間不隨RC的(de)大(da)小(xiao)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)，因(yin)此(ci)，過(guo)大(da)的(de)上(shang)拉(la)電(dian)阻(zu)可(ke)能(neng)會(hui)導(dao)致(zhi)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)的(de)占(zhan)空(kong)比(bi)發(fa)生(sheng)改(gai)變(bian)。當(dang)信(xin)號(hao)速(su)率(lv)越(yue)高(gao)，信(xin)號(hao)鏈(lian)越(yue)長(chang)
，該(gai)狀(zhuang)況(kuang)引(yin)起(qi)的(de)危(wei)害(hai)越(yue)大(da)。

由SDA2向SDA1發送信號時的狀況與此類似，在此不進行贅述。

圖4 隔離IIC信號傳輸波形

由(you)上(shang)述(shu)可(ke)知(zhi)
，在(zai)滿(man)足(zu)芯(xin)片(pian)能(neng)夠(gou)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)的(de)前(qian)提(ti)下(xia)，從(cong)信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)的(de)角(jiao)度(du)來(lai)說(shuo)，上(shang)拉(la)電(dian)阻(zu)的(de)阻(zu)值(zhi)取(qu)得(de)越(yue)小(xiao)越(yue)好(hao)。但(dan)在(zai)係(xi)統(tong)級(ji)應(ying)用(yong)中(zhong)，我(wo)們(men)還(hai)需(xu)要(yao)更(geng)全(quan)麵(mian)的(de)考(kao)慮(lv)其(qi)帶(dai)來(lai)的(de)影(ying)響(xiang)。當(dang)我(wo)們(men)選(xuan)取(qu)的(de)上(shang)拉(la)電(dian)阻(zu)阻(zu)值(zhi)越(yue)小(xiao)
，信(xin)號(hao)端(duan)被(bei)驅(qu)動(dong)低(di)電(dian)平(ping)狀(zhuang)態(tai)時(shi)
，該(gai)電(dian)阻(zu)在(zai)係(xi)統(tong)中(zhong)消(xiao)耗(hao)的(de)功(gong)耗(hao)就(jiu)越(yue)大(da)。因(yin)此(ci)，在(zai)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)中(zhong)，我(wo)們(men)應(ying)該(gai)在(zai)滿(man)足(zu)信(xin)號(hao)有(you)效(xiao)傳(chuan)輸(shu)的(de)前(qian)提(ti)下(xia)
，選(xuan)取(qu)最(zui)大(da)的(de)上(shang)拉(la)電(dian)阻(zu)以(yi)減(jian)小(xiao)功(gong)耗(hao)。

NSi810x係列實現防閂鎖雙向通信的原理

圖5低電平閂鎖電路等效圖

yigeshuangxiangchuanshudegelitongdaokeliyonglianggefanxiangchuanshudeshuzigelitongdaozucheng。raner，ruguodanchundejianglianggefanxiangtongdaoxianglian
，namerenheyiduandezongxianzhuangtaihuiyouwaijieshuruhelingyiduandechuanshuxinhaoxiangyudedao。dangyouyiduanwaijieshurudidianpingxinhaoshi
，zongxianzhuangtaijianghuisuosiweididianpingzhuangtaierwufashifang，qidengxiaodianluzhuangtairutu5所示。

為了解決這種問題
，NSi810x在side1端增加內部偏置電路
，當side2發送低電平信號至side1時，該電路將低電平信號拉高至VOL1，對通常的COMS或TTL電平來說，該電壓還是被判定為低電平
，但對於NSi810x芯片來說
，VOL1在side1端作為輸入則會被識別為高電平傳輸到side2
，從而起到了解除低電平閂鎖的目的。

以下是side1端發送信號電平轉換的幾種情況：

I）
、side1發送信號由高電平轉換為低電平

●    由外部信號向side1發送低電平信號（step1）

●    經過隔離通道的傳播延時時長(tPHL12)，低電平信號傳送至side2（step2）;

●    再經過隔離通道傳播延時時長(tPHL21)，side2的低電平信號再次回傳至side1(step3)

●    side1的實際信號為外部輸入信號(step1)與side2回傳的信號(step3)相與。因此，在外部輸入信號由高變低時，實際信號由高變低（step4）。

II）、side1發送信號由低電平轉換為高電平

●    由外部信號向side1發送高電平信號(step1);

●    經過隔離通道的傳播延時時長(tPLH12), side2端狀態由上拉電阻拉高(step2);

●    再經過隔離通道傳播延時時長(tPLH21),side2的高電平信號再次回傳side1(step3)

●    side1的實際信號為外部輸入信號(step1)與side2回傳的信號(step3)相與。因此，當外部輸入信號由低變高時，需經過tPLH12+ tPLH21時長的VOL1,才會再變為高電平信號（step4）。

III）

、side2發送信號由高電平轉換為低電平

●    由外部信號向side2發送低電平信號(step2);

●    經過隔離通道傳播延時時長(tPHL21), 低電平信號傳送至side1
，由於此時side1信號電平VOL1>VIH1，低電平信號不再次進行回傳(step3)。

IV）
、side2發送信號由低電平轉換為高電平

●    由外部信號向side2發送低電平信號(step2);

●    經過隔離通道傳播延時時長(tPLH21), side1的狀態由外部上拉電阻拉高至高電平狀態(step3)

圖6 信號傳輸過程

NSi810x VS.傳統光耦IIC隔離電路

圖7左側為使用4個光耦芯片及複雜的外圍電路搭建的IIC端口隔離電路，其所需器件產生的成本、電路的複雜度及PCB空間的增加都將大大限製IIC的隔離應用。相比之下
， NSi810x僅需單顆芯片及用於電源的旁路電容即可實現IIC接口隔離。

圖7 傳統光耦IIC隔離電路

除此之外，NSi810x係列芯片的各項功能指標也遠優於光耦隔離電路（如表1所示）

表1 傳統光耦與NSi810x性能比較

總結

目前針對市麵上不同的應用電路雖然有多種實現IIC係統隔離的方法，但NSi810x係列集成隔離IIC器件可實現將SDA與SCL雙路IIC隔離及其外部電路集成在同一個芯片內，使得IIC隔離應用電路更加簡單
，且具有速度快、隔離電壓高、抗共模能力強、可靠性高等優點。此外
，NSi810x係列芯片腳對腳兼容目前市麵上已有的IIC隔離器件，可幫助工程師以更低的成本實現高性能的IIC係統隔離功能。

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