Проектирование надежных гальванически развязанных решений для шин I2C/PMBus

24 августа 2016
Одним из главных требований при разработке измерительных, индустриальных, телекоммуникационных или медицинских приборов является надежность интерфейса передачи данных.

Интерфейс I2C (Inter-Integrated Circuit) представляет собой двунаправленную низкоскоростную шину передачи данных на короткие расстояния между ИМС. Шина управления питанием PMBus (Power Management Bus), это относительно низкоскоростной протокол 2-х проводной передачи данных по шине I2C, предназначенный для цифрового управления блоками питания. PMBus – это открытый протокол цифрового управления питанием, который упрощает обмен данными с преобразователями питания и другими устройствами.
Примеры использования гальванически развязанных интерфейсов I2C:
·         гальванически развязанные реализации I2C, SMBus или PMBus
·         преобразование уровня сигналов интерфейса I2C для источников питания
·         управление кабельными сетями и коммутаторами
·         Power-over-Ethernet (PoE) питание от кабельных сетей
·         телекоммуникационное оборудование и оборудование передачи данных
·         гальванически развязанные системы съема данных
·         распределенные системы питания и модули для шин питания -48 В
 
На рисунке 1 представлено сравнение схемы гальванически развязанного интерфейса PMBus на основе дискретных элементов и с использованием ИМС гальвано развязки. Для реализации схемы на дискретных элементах потребуется 4 оптрона для гальваноразвязки, изолированный источник питания и достаточно сложные аналоговые цепи для предотвращения «защелкивания» и подавления выбросов при коммутации. Для создания развязанного источника питания потребуется ИМС для управления трансформатором, простой выпрямитель и линейный стабилизатор питания подавления пульсаций на гальванически развязанной шине питания. Таким образом, эта схема потребует 8 ИМС, некоторое количество пассивных элементов, и приведет к усложнению интерфейса, увеличению цены, площади печатной платы и снижению надежности.
Решение на базе ИМС ADM3260 позволяет создать гальванически развязанный двунаправленный интерфейс I2C со встроенным развязанным источником питания всего на одной ИМС, нескольких развязывающих конденсаторах и подтягивающих резисторах, которые необходимы в любой реализации интерфейса I2C. ИМС ADM3260 выпускается в 20-и выводном корпусе SSOP, не подвержена эффектам «защелкивания», не имеет выбросов при коммутации, имеет сертификат UL подтверждающий стойкость гальванической развязки при действующем значении напряжения до 2,5 кВ. Использование данной ИМС позволяет уменьшить занимаемую площадь, снизить цену и избежать сложностей, связанных с применением оптронов.
Это решение существенно снижает цену, время разработки и площадь ПП, необходимые для гальванически развязанной реализации интерфейса I2C, в то время как надежность решения повышается. Возможна работа как от 3,3 В так и от 5 В напряжения питания без модификации схемы, которые бы потребовались в схеме на дискретных элементах, а гальванически развязанный преобразователь питания имеет выходную мощность 150 мВт при напряжении питания 5 В и 65 мВт при 3,3 В, что позволяет запитать АЦП, ЦАПы или другие элементы с малым потреблением на гальванически изолированной стороне интерфейса
 

Заключение

В промышленных, измерительных, телекоммуникационных и медицинских устройствах требуются надежные, занимающие малую площадь и недорогие гальванически развязанные реализации шин I2C/PMBus. Использование трансформаторных развязок в интегральном исполнении, позволило создать гальванически развязанный преобразователь интерфейса I2C с изолированным источником питания на одной микросхеме. ИМС ADM3260 – микросхема гальванической развязки интерфейса I2С со встроенным изолированным преобразователем DC/DC и возможностью двунаправленной передачи данных, это компактное и надежное решение с невысокой ценой, позволяющее построить высокоэффективные приложения для критичных областей применения при значительном снижении времени на разработку и сложности схем.
 
Maurice O’Brien, Analog Devices

 

Оставить комментарий