ADI新型数字隔离器提供简单高速的SPI信号隔离方案

ADI公司针对SPI通信系统推出了全新的数字隔离器系列ADuM315x，该产品以屡获奖项的iCoupler数字隔离器技术为基础，为系统设计师提供了一种简单的高速SPI信号隔离方案，同时在单个封装中集成了通常所需的低速的状态和控制信号。

传统的解决方案以光耦为核心，需要大量的外围器件，ADuM315x的出现可简化这种局面，只需外加3个器件就能完成整个设计。究其原因，是ADuM315x具有很高的集成度。ADI接口和iCoupler数字隔离器应用工程师叶健介绍说：“该系列采用了片上变压器，可以使用CMOS工艺，这样就可以集成电阻、二极管等器件，而光耦中的光敏三极管是与CMOS工艺不兼容的，因此ADuM315x系列就可以节省很多外部器件。”

高速率SPI通信目前在工业自动化、仪表设备和电机控制中使用的分布式控制系统、可编程逻辑控制器和传感器监控器领域有着广泛应用，更快的SPI时钟速率将有助于提高数据采集系统吞吐量，进而提供更高的性能和更快的系统响应时间。ADuM315x系列的隔离额定值为3.75kVrms，支持12位、16位和18位精密ADC最大采样速率，额定值为5kVrms 的SPIsolator 器件预计也将于年内很快推出。

为了使ADuM315x系列达到40MHz SPI时钟速率，ADI在芯片设计中特意加入了延迟输出时钟（Delayed SCLK）。“众所周知，SPI属于双向通信，而信号延迟是限制隔离器件SPI速度提升的主要原因。我们的做法是在设计中将SCLK信号先传输到延迟输出时钟，再传至MCU上，从而可以给MISO提供整个链路的时钟（Clock）以实现高速SPI传输。”叶健说。

但这种做法也付出了一定的资源，需要额外集成MCU寄存器。也就是说，会多出一个标准SPI端口或GPIO+移位寄存器。ADI高级模拟设计工程师赵天挺补充称，目前市场上最快的SPI隔离系统主要采用分立器件实现此功能，且还需要用户单独调试，而ADI此举已经集成了Delayed SCLK，并预先做好了出厂校准，客户可以直接使用。

ADuM315x系列的另一个优势在于能在高速率下保持低延时，“数字隔离器的一个缺点就是延时比较严重，但ADuM315x通过增加一个延时的 SCLK信号，就是让MCU多一个引脚，从而使得回来的数据也能对上对应的时钟”，叶健表示，“此外，产品在出厂时就做了校正，客户拿到产品后就可以直接使用了。

iCoupler隔离器是ADI采用脉冲调制方式实现的新型数字隔离器件。自2001年推出第一款iCoupler隔离器产品ADuM1100以来，经过十余年的不断创新，目前其产品包括10大系列、100多个种类，累计出货量已超过10亿个通道，代表性产品包括iso Power/USB/I2C/RS-485/RS-232/ΣΔADC/AFE等多类型隔离器。

与传统光电耦合器中使用LED和光电二极管不同，iCoupler隔离变压器可实现最高5000V的隔离，其高耐压的关键在于发送和接收变压器的顶层和底层线圈之间，采用了厚达20μm的聚酰亚胺材料作为隔离层，并在4mm×4 mm芯片上集成了4个变压器。

ADI方面称，这种技术的优势在于消除了与光耦合器相关的不确定电流传送比率、非线性传送特性以及随时间漂移和随温度漂移问题，无需外部驱动器或分立器件，在同样的信号数据速率下，iCoupler产品的功耗是光耦的1/10-1/5。此外，由于采用晶圆级制造工艺，iCoupler能以较低成本相互集成，或是与其它半导体产品集成在一起。