文章转自ADI官网，版权归属原作者一切
简介
工业和仪器仪表(I&I)、电信以及医疗运用的一个要害要求是需求一个牢靠接口来传输数据。 (I2C)总线是一种双线制双向总线，用于集成电路之间的低速、短间隔通讯。 (I2C)是由飞利浦公司于20世纪80年代前期为单个电路板上的IC开发，其运用仍然在不断添加。 电源办理总线(PMBus)是一种速度相对较慢的双线式通讯协议，该协议根据(I2C)，可针对电源进行数字办理。 PMBus协议界说了一种敞开规范数字电源办理协议，能为电源转化器或衔接的其他器材通讯供给便当。
图1显现阻隔栅在(I2C)接口和与该接口相连的每个体系之间供给电流阻隔，既答应在两点之间传输数字数据，又可防止接地电流流过；这样能够消除耦合到通讯总线上的噪声，然后下降信号失真和差错。
电信运用中运用的PCB一般集成数字操控电源转化器以及作业在不同地电位的电路。 为保证完成无差错的卡片刺进/移除操作以及鲁棒的作业功用，有必要阻隔每一个接口；但(I2C)接口阻隔很杂乱，由于总线是双向的。 光耦合器就不满意这样的要求，由于它是单向的。 图2显现PMBus通讯链路，该链路可将原边上的 ADM1075（-48 V热插拔）以及数字电源监控器与副边相阻隔，它选用12 V和3.3 V电源供电。 ADM3260 双通道I2C阻隔器集成DC-DC转化器，可阻隔SDA和SCL信号。其阻隔电源(3.3V_ISO)为ADuM3200 双通道数字阻隔器供电，后者可用来阻隔SHDN和RESTART信号。
由于在低压域中，原边参阅–48 V而副边参阅地，因而需进行阻隔。 假如(I2C)端口不小心直接衔接–48 V电源，那么阻隔能够防止器材永久性受损。 阻隔还能供给针对线路浪涌或接地环路发作的高压或电流的维护——体系有多重接地时便可能会发作这种状况。 阻隔电源通道(3.3 V_ISO)答应副边为原边供电，无需另行运用低压电源——这种低压电源在–48 V域中不常见，且难以生成。 跨过阻隔栅的悉数额外I/O信号都需求运用相同可由ADM3260供电的阻隔器。 为完成鲁棒的数据通讯链路，衔接(I2C)总线的每个(I2C)器材都有必要阻隔。
阻隔式(I2C)运用示例有：
- I2C、SMBus或PMBus接口阻隔
- 用于电源的电平转化I2C 接口
- 网络
- 以太网供电
- 中心交流
- 电信与数据通讯设备
- 阻隔数据收集体系
- −48 V分布式电源体系
- −48 V电源模块
一般需经过 I2C 总线并跨过阻隔栅传输精细转化器数据（ADC或DAC）。 图3显现两个阻隔数据收集体系。 这些运用还需求阻隔式电源来为副边的转化器和放大器供电。
某些运用要求通道间阻隔，其间每条通道都与其他一切通道阻隔，如图4所示。
在较为巨大的体系中，不同的电压域之间需求进行电平转化。 一个比方就是在电信机架式体系中的每个线路卡上阻隔PMBus。 图5是一款典型的电信运用，具有多个线路卡，可刺进到–48 V背板中。 本运用中，阻隔器对I2C逻辑信号进行电平转化操作，将其从–48 V背板转化为彻底阻隔式+12 V体系。
运用阻隔式DC-DC电源或ADI的isoPower®集成式DC-DC转化器技能可完成I2C通讯链路的电源阻隔。 运用光耦合器或ADI的iCoupler®技能可完成信号阻隔。
完成阻隔式I2C接口
有必要在原边智能器材（比方ADC或DAC）与副边处理器之间完成双向数据传输，而且电源有必要从原边传输至副边。 如需阻隔数据链路，就有必要一起阻隔数据线路和电源。 一切衔接I2C链路的器材都有必要与I2C总线阻隔，如图6所示。
阻隔式 I2C 接口应战
由于 I2C 接口是双向的，进行阻隔的一起防止总线毛刺和确认将有必定难度。 图7是一个根据光耦合器的接口。 光耦合器是单向的，因而每条双向 I2C 线路有必要分割为两条单向线路。 阻隔一个完好的I2C 接口需求用到4个光耦合器和几个无源器材。 由此发作的本钱、PCB面积以及杂乱性下降了简略的低本钱双线式I2C 接口自身的价值。 留意，还需求一个阻隔式电源。
阻隔技能： 数据和功率
图8比较了两种首要的阻隔技能。iCoupler技能(a)运用厚膜工艺技能构建微型片内变压器，完成2.5 kV阻隔。 较陈旧但广泛选用的光耦合器处理计划(b)则选用发光二级管(LED)和光电二极管。 LED用于将电信号转化为光，光电二极管则用于将光转化回为电信号。 电光转化自身的低转化功率导致功耗相对较高；光电二极管的慢速呼应则约束其速度；而老化问题会约束其运用寿命。
经过运用晶圆级工艺制作片内变压器，则iCoupler通道能以较低的本钱彼此集成，以及与其他半导体功用集成。 一个比方就是集成DC-DC转化器的热插拔双通道 I2C 阻隔器ADM3260。iCoupler阻隔技能在许多方面克服了光耦合器所形成的约束： 这些易于运用的器材缩小全体处理计划尺度、体系本钱和功耗，一起提高了功用和牢靠性。 此外，选用iCoupler技能，则功用不会由于电流传输比(CTR)而下降——规范光耦合器的CTR会跟着时刻推移而老化——而且iCoupler是双向技能，而光耦合器技能是固有单向技能。
不久前，在阻隔端创立一个低压电源需求运用相对较大且贵重的独立DC-DC转化器，或许需选用定制的分立电路，如图9所示。这些办法是仅有的代替计划，哪怕关于 I2C 数据通讯或其他只需少数阻隔式电源的运用亦是如此。
为了处理这一问题，ADI开发了一款完好的全集成式处理计划，运用微变压器跨过阻隔栅完成信号和电源传输。 这是对咱们完善iCoupler技能的延伸，是一种突破性的代替计划，称为isoPower。 该计划可运用单个元件完成高达5 kV的信号与电源阻隔，无需运用阻隔式电源，大幅缩小典型I2C总线的PCB面积、缩短规划时刻并下降总体系本钱。
集成DC-DC转化器的双通道 I2C 阻隔器
图10将运用分立元件的PMBus阻隔处理计划与彻底集成式处理计划进行了比较。 这款分立式计划需求运用4个光耦合器进行阻隔、一个阻隔式电源以及杂乱的模仿电路来防止闩锁并按捺毛刺。 阻隔式电源选用变压器驱动器IC来驱动分立式变压器，并与简略的整流器和低压差调节器合作，净化阻隔供电轨。 该规划需求8个IC和多个无源器材，导致接口本钱上升、PCB面积添加、牢靠性下降。
集成式处理计划选用单个IC，调配一切 I2C 接口都会装备的去耦电容以及上拉电阻后，可供给彻底阻隔的双向 I2C 接口与阻隔电源。 ADM3260不会发作任何毛刺和确认问题，具有经过UL认证的2.5 kV rms阻隔额外值，选用20引脚SSOP封装。 该器材供给双向阻隔式数据与时钟线路和阻隔式电源，无光耦合器的尺度、本钱和杂乱性问题。
该单芯片处理计划能够明显减缩阻隔式I2C 接口所需的本钱、规划时刻和PCB面积，一起提高牢靠性。 该产品无需修正即可选用3.3 V或5 V电源供电，防止选用分立式规划时所必需的规划变更，一起供给150 mW输出功率(5 V)或65 mW输出功率(3.3 V)，可用来上电ADC、DAC或阻隔端的其他小体系。
瞬变维护
为了让阻隔式接口能够在工业运用等恶劣作业条件下运转，iCoupler和isoPower阻隔技能供给高于25 kV/ìs的共模瞬变抗扰度。 它确认原边和阻隔端之间电位差上升沿和下降沿上的最大压摆率，保证耦合到总线的瞬变信号不会损坏衔接总线的器材或损坏已传输的数据，一起增强数据链路牢靠性。
2.5 kV阻隔维护和认证
该阻隔处理计划的器材原边与阻隔端之间阻隔额外值为2.5 kV rms。 此阻隔额外值保证电流无法从原边流入I2C总线，而且耦合至总线的电压或瞬变信号不会抵达逻辑端。 2.5 kV阻隔维护还意味着，能够维护逻辑端的用户与设备不受总线端的高电压或瞬变影响。 ADM3260的2.5 kV阻隔额外值正在承受下列组织的认证： 美国保险商实验所(UL)、德国电气工程师协会(VDE)和加拿大规范协会(CSA)。 UL 1577认证要求一切器材的阻隔栅都要100%经过出产测验。 ADM3260供给：
- UL认证
- 根据UL 1577，1分钟2500 V rms
- VDE合格证书
- IEC 60747-5-2 (VDE 0884, Part 2)
- VIORM = 560 VPEAK
- CSA元件检验告诉#5A
PCB布局
进行正确的PCB布局关于保证在实践规划中完成2.5 kV的额外阻隔功用至关重要。 首要考虑要素是逻辑端GND和总线端GND之间的爬电间隔（导线外表之间沿壳体的最短间隔）和电气空隙（最短空气间隔）。 ADM3260的逻辑接口不需求外部电路。 输入和输出供电引脚需求电源旁路，如图11所示。欲了解有关PCB布局攻略和电磁辐射(EMI)操控的更多信息，请参阅AN-0971运用笔记”isoPower器材的辐射操控主张”。
ADM3260运用与优势
ADM3260热插拔阻隔器一起供给数据和电源阻隔。 两路无闩锁、双向通讯通道支撑完好的阻隔式 I2C/PMBus接口和集成式DC-DC转化器，供给最高150 mW、3.15 V至5.25 V规模的阻隔式电源。具有双向通道则无需将I2C/PMBus信号分红独自的发送信号与接纳信号，供独立光耦合器运用。集成式DC-DC转化器能以小尺度完成完好的阻隔式I2C/PMBus接口。 选用20引脚SSOP封装的ADM3260如图12所示，该器材具有5.3 mm爬电间隔，作业温度规模为–40°C至+105°C，千片订量报价为2.99美元/片。
除了为热插拔中心交流局线路卡供给 I2C总线阻隔，ADM3260还可用来阻隔恶劣工业环境下的数据收集设备、经过以太网供给电源和电平转化，以及用于其他各类运用中。
定论
工业与仪器仪表、电信和医疗运用中的阻隔式 I2C/PMBus 链路处理计划要求做到尺度小、功用安稳、价格适中。 经过集成芯片级变压器阻隔，单芯片可完成彻底阻隔式 I2C/PMBus 数据链路，并包括阻隔式电源。 热插拔、双通道 I2C 阻隔器ADM3260集成DC-DC转化器，是一款紧凑、牢靠、低本钱、高功用处理计划，可用于这些规范苛刻的运用中，并明显削减电路杂乱程度，大幅缩短规划时刻。
参阅电路
I2C 数字阻隔器
数字阻隔器产品选型与资源攻略
选用isoPower™ 技能的iCoupler®产品：运用微变压器跨过阻隔栅完成信号和功率传输
