工業(yè)串行總線中的“安全守護(hù)者”-隔離接口芯片

工業(yè)串行總線是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中被廣泛采納的一種通信技術(shù)，主要解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、傳感器、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信，以及這些現(xiàn)場控制設(shè)備和高級(jí)控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題，可有效縮短設(shè)備響應(yīng)時(shí)間，同時(shí)降低走線復(fù)雜性與成本，適用于打造出靈活高效、安全可靠的工業(yè)控制系統(tǒng)。

一種現(xiàn)代工業(yè)串行總線控制系統(tǒng)

然而，隨著電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜度的持續(xù)增加與應(yīng)用環(huán)境的愈發(fā)嚴(yán)苛，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備節(jié)點(diǎn)陡增，且不同設(shè)備極可能運(yùn)行在不同電壓域中，存在較大電位差，這對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性構(gòu)成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。一旦發(fā)生電氣故障（如短路、過壓），若無有效隔離措施，將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的崩潰，甚至損壞昂貴的工業(yè)設(shè)備，引發(fā)安全事故，因此在存在較大電位差的工業(yè)串行通信接口中引入隔離措施至關(guān)重要。

隔離接口芯片，為工業(yè)通信保駕護(hù)航！

華普微，作為中國本土精耕細(xì)作了二十年的老牌射頻芯片原廠，一直堅(jiān)持立足本業(yè)發(fā)展，積極響應(yīng)國家號(hào)召，致力于推進(jìn)國產(chǎn)化芯片替代的步伐。當(dāng)前，華普微的數(shù)字隔離芯片，即在微距離上實(shí)現(xiàn)無線射頻收發(fā)系統(tǒng)的“射頻芯片”，可完美解決工業(yè)總線中的隔離需求，有力保障RS-485、CAN、I2C與SPI等工業(yè)串行通信的穩(wěn)定運(yùn)行，如：

RS-485串行通信隔離接口解決方案：CMT83085

RS-485串行通信在工業(yè)控制、智能電表遠(yuǎn)程抄表、安防監(jiān)控等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。在工業(yè)控制領(lǐng)域，工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線上的傳感器與執(zhí)行設(shè)備都可通過RS-485接口連接到RS-485總線上，控制中心通過分析總線上收到的傳感器數(shù)據(jù)，進(jìn)而對(duì)執(zhí)行設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控。

通常情況下，智能電表以及工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)線上的執(zhí)行設(shè)備通常運(yùn)行在高壓電路中，如若通過非隔離RS-485接口直連RS-485總線，則會(huì)存在較大的安全隱患，而通過使用隔離RS-485接口芯片則可完全消除該隱患，例如：

CMT83085是一款高可靠性隔離半雙工RS-485收發(fā)器，可提供高達(dá)5000Vrms絕緣耐壓的隔離能力，同時(shí)該器件總線側(cè)的總線引腳對(duì)地還擁有±12kV 的系統(tǒng)級(jí)ESD保護(hù)，且擁有故障安全保護(hù)功能。

此外，CMT83085還具有1/8單位負(fù)載的接收器輸入阻抗，允許總線上最多接入256個(gè)收發(fā)器。CMT83085的數(shù)據(jù)率高達(dá)12Mbps，采用寬體SOIC-16的封裝方式，可滿足各種安規(guī)下嚴(yán)苛的爬電距離和電氣間隙的需求。

CAN串行通信隔離接口解決方案：CMT1042

CAN串行通信在汽車電子和工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。在汽車電子領(lǐng)域，幾乎所有的電子控制單元（ECU）都通過 CAN 接口連接到 CAN 總線上，從而實(shí)現(xiàn)各電子控制單元（ECU）之間的協(xié)同交互。就像發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元會(huì)將發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、溫度等數(shù)據(jù)通過CAN總線傳輸給變速器控制單元，以便變速器根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況調(diào)整換擋策略。

目前，在新能源汽車中，其電池組電壓通常高達(dá)數(shù)百伏特，因此如若高壓ECU直接通過非隔離CAN接口直連CAN總線，則會(huì)存在較大的安全隱患，而通過使用隔離CAN接口芯片則可完全消除該隱患，例如：

CMT1042是一款電隔離控制器局域網(wǎng)(CAN) 收發(fā)器，可承受高達(dá)5000Vrms絕緣耐壓和1060Vrms工作電壓，具備±70V直流母線故障保護(hù)功能和±30V共模電壓范圍。

此外，CMT1042在CAN FD模式下可支持高達(dá)5Mbps的數(shù)據(jù)速率，與經(jīng)典CAN相比可實(shí)現(xiàn)更為快速的載荷傳輸。

I2C串行通信隔離接口解決方案：CMT8100N

I2C串行通信在智能家居系統(tǒng)和小型電子設(shè)備內(nèi)部有重要應(yīng)用。在智能家居系統(tǒng)中，溫濕度傳感器、光照傳感器、智能電表等低速設(shè)備可通過I2C接口連接到I2C總線上，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸至微控制器中，微控制器在對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，可根據(jù)預(yù)設(shè)條件對(duì)空調(diào)、加濕器、智能窗簾等設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)控。

通常，在智能家居場景中，大功率電器往往運(yùn)行在高壓環(huán)境下，如若這些電器直接通過非隔離I2C接口直連I2C總線，則會(huì)存在較大的安全隱患，而通過使用隔離I2C接口芯片則可完全消除該隱患，例如：

CMT8100N是一款高可靠性雙向I2C隔離器，可支持多種電氣隔離耐壓（3750Vrms、5000Vrms），共模瞬態(tài)抗干擾度(CMTI) 高達(dá) 150kV/us。

此外，CMT8100N的I2C時(shí)鐘高達(dá)2MHz。該器件還可同時(shí)以低功耗提供高電磁抗擾度和低輻射，其寬電源電壓支持直接連接大多數(shù)數(shù)字接口，平穩(wěn)實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。

SPI串行通信隔離接口解決方案：CMT8041W1

SPI 串行通信常用于嵌入式系統(tǒng)中，負(fù)責(zé)連接微控制器與高速外圍設(shè)備。在電子產(chǎn)品的固件存儲(chǔ)場景里，微控制器需要頻繁地對(duì)閃存芯片進(jìn)行讀寫操作以存儲(chǔ)和讀取固件代碼及數(shù)據(jù)，它們之間可通過SPI串行通信進(jìn)行連接，以實(shí)現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)讀寫操作。

在智能手機(jī)、平板電腦等產(chǎn)品中，不同的功能模塊可能會(huì)在不同的時(shí)間進(jìn)入休眠或喚醒狀態(tài)，在此種SPI串行通信中，通過引入隔離措施可以確保處于不同電源狀態(tài)的模塊之間產(chǎn)生電流倒灌或干擾，確保設(shè)備的正常運(yùn)行和電池的有效利用。此外，在SPI主設(shè)備和各個(gè)從設(shè)備之間的電平標(biāo)準(zhǔn)不一致時(shí)，通過引入基礎(chǔ)隔離芯片就可以防止因電平不匹配造成的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤或設(shè)備損壞，例如：

CMT8041W1是一款高性能四通道數(shù)字隔離器，支持高達(dá)5000Vrms隔離電壓。該數(shù)字隔離器用于兩個(gè)不同電源域間通訊，以防止數(shù)據(jù)總線或其他電路上的噪聲電流進(jìn)入本地接地或者干擾及損壞敏感電路。

CMT8041W1支持使能引腳，可用于將多主驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中的相應(yīng)輸出置于高阻抗?fàn)顟B(tài)，可降低功耗。CMT8041W1能夠以較低的功耗實(shí)現(xiàn)高電磁抗擾度和低輻射。該器件采用創(chuàng)新性芯片設(shè)計(jì)和布局，顯著增強(qiáng)了器件電磁兼容性，可滿足系統(tǒng)級(jí)ESD、EFT、浪涌和輻射方面的合規(guī)要求。

展望未來，科技的進(jìn)步將會(huì)持續(xù)驅(qū)動(dòng)工業(yè)控制系統(tǒng)邁向更加智能化、高效化和安全化的新高度。而華普微將會(huì)繼續(xù)秉持創(chuàng)新精神，深度優(yōu)化數(shù)字隔離芯片的傳輸速率、傳輸延遲、運(yùn)行功耗與抗干擾能力等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，以應(yīng)對(duì)工業(yè)4.0、新能源汽車等領(lǐng)域?qū)Ω綦x接口芯片的嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn)，為工業(yè)總線控制系統(tǒng)的穩(wěn)健發(fā)展筑牢安全基石。

審核編輯 黃宇