監(jiān)測(cè)和控制各種系統(tǒng)需要直接訪問傳感器和執(zhí)行器，最好是從中央位置，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化通信方法（如串行外設(shè)接口（SPI））訪問。SPI是一種同步串行數(shù)據(jù)總線，有助于設(shè)備與中央控制單元之間的長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)交換。通信根據(jù)主從原則進(jìn)行，并且是全雙工的。SPI 接口由三條線路組成：SDI、SDO 和 SCK。

雖然SPI通信方法通常適用于長(zhǎng)達(dá)約10 m的距離，但為了橋接更長(zhǎng)的距離，通常需要中繼器，因?yàn)殚L(zhǎng)電纜的線路電阻增加會(huì)導(dǎo)致衰減。這些信號(hào)必須再次放大。這也允許同時(shí)實(shí)現(xiàn)更大的信噪比（SNR）。ADI公司的isoSPI通信接口IC LTC6820等器件可用于讀取信號(hào)。

由于其創(chuàng)新設(shè)計(jì)，通過(guò)使用雙絞線電纜和適當(dāng)?shù)淖儔浩魈砑?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tags/電流/" target="_blank">電流隔離，可以相對(duì)容易地最大化SPI通信。

由于工業(yè)環(huán)境中經(jīng)常出現(xiàn)惡劣條件，通常需要電氣隔離的通信組件來(lái)保護(hù)用戶免受危險(xiǎn)電壓的影響，并確保系統(tǒng)可靠性。此外，隔離可實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，盡管偶爾存在共模電壓。因此，隔離柵是將輸入級(jí)與系統(tǒng)其余部分分開，同時(shí)仍能連接的關(guān)鍵。

圖1顯示了所有從站如何由單個(gè)主站控制。主機(jī)和從機(jī)可以是具有SPI接口的微控制器或ADC，傳感器或微控制器通常連接到該接口。因此，LTC6820 可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)完全電氣隔離的器件之間的 SPI 通信所需的雙向數(shù)據(jù)傳輸。它將來(lái)自主站的SPI信號(hào)編碼為高達(dá)1 Mbps的差分信號(hào)，然后通過(guò)電流隔離柵和雙絞線電纜傳輸。在電纜的另一端，LTC6820 再次接收差分信號(hào)并將其解碼為 SPI 信號(hào)，然后路由至從總線。另外，LTC6820 還提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)跨越隔離柵所需的電流。通過(guò)外部電阻，這些電流可以適應(yīng)系統(tǒng)要求，例如所需的電纜長(zhǎng)度、SNR 和抗擾度。

圖1.隔離式SPI接口，用于通過(guò)公共主站控制多個(gè)電路板（從機(jī)）。

但是，請(qǐng)注意，盡管使用了SPI中繼器，但數(shù)據(jù)速率是有限的，并且取決于電纜長(zhǎng)度。例如，采用100 m CAT5電纜的圖1所示電路的數(shù)據(jù)速率僅為0.5 Mbps左右，是LTC6820可提供的最大可能值1 Mbps的一半（見圖2）。

圖2.與使用 CAT5 電纜的電纜長(zhǎng)度相關(guān)的數(shù)據(jù)速率。

通過(guò)使用ISOSPI通信IC，可以簡(jiǎn)化長(zhǎng)距離隔離傳輸SPI通信信號(hào)的電路的復(fù)雜性，因?yàn)榭梢允÷詡鹘y(tǒng)電路中通常需要的大量元件。此外，利用LTC6820，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)100 m的距離，這在工業(yè)環(huán)境中并不罕見。LTC6820 便于實(shí)施菊花鏈應(yīng)用，其中一臺(tái)主設(shè)備控制多個(gè)從機(jī)。此外，它是電池監(jiān)控系統(tǒng)的理想設(shè)備，因?yàn)樗鼈冇捎谄洳糠直ㄐ猿潆妴卧ɡ?a target="_blank">鋰離子電池）而需要電氣隔離通信。

審核編輯：郭婷