ADI新型SPI数字隔离器用1/5成本提供6倍时钟速率

ADI公司最近推出专为串行外设接口(SPI)通信系统而优化的数字隔离器ADuM315x SPIsolator系列。新产品以iCoupler数字隔离器技术为基础，最高支持40MHz SPI时钟速率，据称可比其它基于光电耦合器或数字隔离器的解决方案速度快6倍，尺寸缩小80%，成本降低85%。

按照ADI接口和iCoupler数字隔离器应用工程师叶健的说法，与基于光耦合器或数字隔离+光耦合解决方案相比，高度集成的ADuM315x能够将系统设计中所需组件数量由18-32个锐减至3个，并在单个封装中集成了通常所需的低速状态和控制信号，从而为系统设计师提供了一种简单的高速SPI信号隔离解决方案。

从数字隔离器升级到SPIsolator

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。

实现高速总线

另一方面，ADuM3151/52/53提供采用不同配置的4个高速通道和3个额外的独立、低数据速率通道，集成辅助/控制信号隔离功能;ADuM3154则提供从机选择多路复用系统，用一个隔离器最多可以维护4个从机器件。也就是说，用户可通过2个引脚寻址从机侧的从机选择多路复用器，采用快速SS通道选通从机，实现精确时序。

四通道从机选择功能简化电路板布局

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。

在数字隔离器领域，不同的绝缘材料、结构和数据传输方法组合造就了不同的产品，而不同的产品适合不同的具体应用。叶健表示，总体而言，新兴应用的隔离需求包括：更高的隔离电压(更厚的聚酰亚胺)、先进工艺带来的高带宽隔离、更高的传输速度、以及更多样化的接口和集成功能。