ISO1540-Q1與ISO1541-Q1：低功耗雙向I2C隔離器的卓越之選

在電子工程師的日常設(shè)計工作中，隔離器是保障電路安全與穩(wěn)定運行的關(guān)鍵元件。今天，我們就來深入探討一下TI推出的ISO1540-Q1和ISO1541-Q1這兩款低功耗雙向I2C隔離器，看看它們究竟有哪些獨特之處。

文件下載：iso1540-q1.pdf

一、產(chǎn)品特性：專為汽車應(yīng)用量身打造

1. 汽車級認(rèn)證

ISO1540-Q1和ISO1541-Q1通過了AEC-Q100認(rèn)證，這意味著它們能夠在-40°C至+125°C的環(huán)境溫度下穩(wěn)定工作，滿足汽車應(yīng)用對可靠性和穩(wěn)定性的嚴(yán)格要求。同時，其HBM ESD分類等級達到3A，CDM ESD分類等級達到C6，具備出色的靜電防護能力。

2. 功能安全特性

這兩款隔離器具備功能安全能力，提供相關(guān)文檔以輔助功能安全系統(tǒng)設(shè)計，為工程師在設(shè)計安全關(guān)鍵系統(tǒng)時提供了有力支持。

3. 隔離雙向通信

支持高達1-MHz的I2C通信，實現(xiàn)了隔離雙向、I2C兼容的通信功能。其3-V至5.5-V的寬電源范圍，以及開放漏極輸出，分別具備3.5-mA（Side 1）和35-mA（Side 2）的灌電流能力，能夠適應(yīng)不同的應(yīng)用場景。

4. 高瞬態(tài)抗擾度與安全認(rèn)證

具有±50-kV/μs的典型瞬態(tài)抗擾度，能夠有效抵御外界干擾。同時，它們還獲得了多項安全相關(guān)認(rèn)證，如DIN EN IEC 60747-17（VDE 0884-17）的4242-PK隔離、UL 1577的2500-VRMS隔離1分鐘、CSA根據(jù)IEC 62368-1終端設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的批準(zhǔn)以及GB4943.1-2011的CQC基本絕緣認(rèn)證。

二、應(yīng)用領(lǐng)域：廣泛適用于各類場景

1. 汽車領(lǐng)域

在電動汽車和混合動力電動汽車中，ISO1540-Q1和ISO1541-Q1可用于隔離I2C總線、SMBus和PMBus接口，確保電子系統(tǒng)之間的可靠通信。

2. 工業(yè)控制

在電機控制系統(tǒng)和電池管理系統(tǒng)中，它們能夠有效隔離噪聲，保護敏感電路，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

3. 其他應(yīng)用

還可用于開放漏極網(wǎng)絡(luò)和I2C電平轉(zhuǎn)換等應(yīng)用場景，為工程師提供了更多的設(shè)計選擇。

三、產(chǎn)品描述：創(chuàng)新技術(shù)帶來卓越性能

1. 隔離技術(shù)優(yōu)勢

ISO1540-Q1和ISO1541-Q1采用了TI的電容隔離技術(shù)，通過二氧化硅（SiO?）屏障將邏輯輸入和輸出緩沖器分隔開來。與光耦相比，這種隔離技術(shù)在功能、性能、尺寸和功耗方面都具有明顯優(yōu)勢，能夠在小尺寸封裝內(nèi)實現(xiàn)完整的隔離I2C接口。

2. 通道差異

ISO1540-Q1具有兩個隔離雙向通道，分別用于時鐘和數(shù)據(jù)線；而ISO1541-Q1則具有一個雙向數(shù)據(jù)通道和一個單向時鐘通道。因此，ISO1541-Q1適用于單控制器應(yīng)用，而ISO1540-Q1則更適合多控制器應(yīng)用。特別是在目標(biāo)設(shè)備可能進行時鐘拉伸的應(yīng)用中，ISO1540-Q1是更好的選擇。

3. 雙向通信實現(xiàn)

為了實現(xiàn)隔離雙向通信，這兩款隔離器通過將Side 1的低電平輸出電壓提高到高于Side 1的高電平輸入電壓，從而避免了標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字隔離器可能出現(xiàn)的內(nèi)部邏輯鎖存問題。

四、規(guī)格參數(shù)：精確把握產(chǎn)品性能

1. 絕對最大額定值

在絕對最大額定值方面，VCC1和VCC2的電壓范圍為-0.5V至6V，輸出電流方面，SDA1和SCL1的最大電流為20mA，SDA2和SCL2的最大電流為100mA。最大結(jié)溫為150°C，存儲溫度范圍為-65°C至150°C。

2. ESD額定值

所有引腳（除總線引腳外）的人體模型（HBM）靜電放電電壓為±4000V，總線引腳為±8000V；充電設(shè)備模型（CDM）靜電放電電壓為±1500V。

3. 推薦工作條件

推薦的電源電壓范圍為3V至5.5V，輸入和輸出信號電壓根據(jù)不同的側(cè)（Side 1和Side 2）有所不同。同時，還給出了輸入電壓閾值、輸出電流、電容負(fù)載、工作頻率、環(huán)境溫度、結(jié)溫和熱關(guān)斷等參數(shù)的推薦值。

4. 熱信息與功率額定值

熱信息方面，給出了結(jié)到環(huán)境、結(jié)到外殼（頂部）、結(jié)到電路板等不同熱阻參數(shù)。功率額定值方面，給出了兩側(cè)和單側(cè)的最大功耗參數(shù)。

5. 絕緣規(guī)格與安全相關(guān)認(rèn)證

絕緣規(guī)格包括外部間隙、外部爬電距離、內(nèi)部間隙、比較跟蹤指數(shù)等參數(shù)。同時，還獲得了多項安全相關(guān)認(rèn)證，如DIN EN IEC 60747-17（VDE 0884-17）、UL 1577、CSA和CQC等認(rèn)證。

6. 安全限制值

為了確保隔離屏障的安全，給出了安全輸入、輸出或電源電流以及安全溫度的限制值。

7. 電氣特性與開關(guān)特性

電氣特性方面，給出了輸入閾值電壓、輸出電壓、輸入泄漏電流、輸入電容、共模瞬態(tài)抗擾度等參數(shù)。開關(guān)特性方面，給出了輸出信號下降時間、傳播延遲、脈沖寬度失真等參數(shù)。

五、詳細(xì)設(shè)計：確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行

1. 電源設(shè)計

推薦在VCC1和GND1、VCC2和GND2引腳之間連接0.1μF的去耦電容，以支持電源電壓的瞬態(tài)變化，并確保在所有數(shù)據(jù)速率下的可靠運行。同時，電容應(yīng)盡可能靠近電源引腳放置，最大距離不超過2mm。

2. 布局設(shè)計

為了實現(xiàn)低EMI的PCB設(shè)計，建議采用至少四層的電路板，層疊順序為高速信號層、接地層、電源層和低頻信號層。高速信號應(yīng)在頂層布線，避免使用過孔；接地層應(yīng)緊鄰高速信號層，以提供低電感的回流路徑；電源層應(yīng)緊鄰接地層，以增加高頻旁路電容。對于較慢速度的控制信號，可以在底層布線，以提供更大的靈活性。

六、總結(jié)

ISO1540-Q1和ISO1541-Q1作為低功耗雙向I2C隔離器，憑借其出色的性能、廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和嚴(yán)格的安全認(rèn)證，為電子工程師在設(shè)計隔離I2C通信系統(tǒng)時提供了可靠的選擇。在實際應(yīng)用中，工程師應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用需求和系統(tǒng)要求，合理選擇合適的隔離器，并嚴(yán)格按照推薦的設(shè)計要求進行電源和布局設(shè)計，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。你在使用類似隔離器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。