隔离式SPI通信变得简单

监测和控制各种系统需要直接访问传感器和执行器，最好是从中央位置，并通过标准化通信方法（如串行外设接口（SPI））访问。SPI是一种同步串行数据总线，有助于设备与中央控制单元之间的长距离数据交换。通信根据主从原则进行，并且是全双工的。SPI 接口由三条线路组成：SDI、SDO 和 SCK。

虽然SPI通信方法通常适用于长达约10 m的距离，但为了桥接更长的距离，通常需要中继器，因为长电缆的线路电阻增加会导致衰减。这些信号必须再次放大。这也允许同时实现更大的信噪比（SNR）。ADI公司的isoSPI通信接口IC LTC6820等器件可用于读取信号。

由于其创新设计，通过使用双绞线电缆和适当的变压器添加电流隔离，可以相对容易地最大化SPI通信。

由于工业环境中经常出现恶劣条件，通常需要电气隔离的通信组件来保护用户免受危险电压的影响，并确保系统可靠性。此外，隔离可实现精确测量，尽管偶尔存在共模电压。因此，隔离栅是将输入级与系统其余部分分开，同时仍能连接的关键。

图1显示了所有从站如何由单个主站控制。主机和从机可以是具有SPI接口的微控制器或ADC，传感器或微控制器通常连接到该接口。因此，LTC6820 可实现两个完全电气隔离的器件之间的 SPI 通信所需的双向数据传输。它将来自主站的SPI信号编码为高达1 Mbps的差分信号，然后通过电流隔离栅和双绞线电缆传输。在电缆的另一端，LTC6820 再次接收差分信号并将其解码为 SPI 信号，然后路由至从总线。另外，LTC6820 还提供驱动信号跨越隔离栅所需的电流。通过外部电阻，这些电流可以适应系统要求，例如所需的电缆长度、SNR 和抗扰度。

图1.隔离式SPI接口，用于通过公共主站控制多个电路板（从机）。

但是，请注意，尽管使用了SPI中继器，但数据速率是有限的，并且取决于电缆长度。例如，采用100 m CAT5电缆的图1所示电路的数据速率仅为0.5 Mbps左右，是LTC6820可提供的最大可能值1 Mbps的一半（见图2）。

图2.与使用 CAT5 电缆的电缆长度相关的数据速率。

通过使用ISOSPI通信IC，可以简化长距离隔离传输SPI通信信号的电路的复杂性，因为可以省略传统电路中通常需要的大量元件。此外，利用LTC6820，可以实现长达100 m的距离，这在工业环境中并不罕见。LTC6820 便于实施菊花链应用，其中一台主设备控制多个从机。此外，它是电池监控系统的理想设备，因为它们由于其部分爆炸性充电单元（例如锂离子电池）而需要电气隔离通信。

审核编辑：郭婷