ADUM4150用于SPI高速接口的5kV专用隔离器技术手册

概述
ADuM4150是一款5kV rms、6通道SPIsolator ^™^ 数字隔离器，针对隔离式串行外设接口(SPI)进行了优化。(提供3.75kV rms型号)。这款器件基于ADI公司的iCoupler ^®^ 芯片级变压器技术，在CLK、MO/SI、MI/SO和SS SPI总线信号中具有低传播延迟特性，可支持最高17 MHz的SPI时钟速率。 这些通道在工作时具有14 ns传播延迟和1 ns抖动，以针对SPI优化时序。

ADuM4150隔离器还额外提供两个独立的低数据速率隔离通道，每个方向一个通道。 器件以250 kbps数据速率对慢速通道中的数据进行采样和串行化，并伴有2.5 μs抖动。

ADuM4150还支持器件主机侧的延迟输出时钟。 该输出可与主机上的额外时钟端口搭配，以支持40 MHz的时钟性能。 更多信息参见“延迟时钟”部分。
数据表：*附件：ADUM4150用于SPI高速接口的5kV专用隔离器技术手册.pdf

应用

• 工业可编程逻辑控制器(PLC)
• 传感器隔离

特性

• 延迟时钟模式下支持最高40 MHz的SPI时钟速度
• 4线模式下支持最高17 MHz的SPI时钟速度
• 4个高速、低传播延迟、SPI信号隔离通道
• 2个数据速率为250 kbps的数据通道
• 延迟补偿时钟线
• 20引脚SOIC_IC封装，爬电距离为8.3 mm
• 工作温度高达：125°C
• 高共模瞬变抗扰度：>25 kV/μs
• 安全和法规认证
  • UL认证符合UL 1577标准
    • 1分钟5000 V rms，SOIC长封装
  • CSA元件验收通知5A
  • VDE合格证书
    • DIN V VDE V 0884-10 (VDE V 0884-10):2006-12
    • VIORM = 849 V峰值

框图

引脚配置描述

典型性能特征

应用信息

简介

ADuM4150 属于一系列器件，旨在优化 SPI（串行外设接口）的隔离以实现高速传输，并提供额外的低速通道用于控制和状态监测功能。这些隔离器基于差分 iCoupler 技术，可实现更高的速度和更低的噪声抗扰度。

高速通道

ADuM4150 有四个高速通道。前三个通道（CLK、MISO、MOSI，斜杠表示隔离器中特定输入与输出连接所形成的数据路径）经过优化，可在 A 级实现低传播延迟，或在 B 级实现高噪声抗扰度。B 级版本与 A 级版本的区别在于，B 级的这三个通道中添加了毛刺滤波器，这会增加传播延迟。B 级的最大传播延迟为 14ns，支持最高 17MHz 的标准 4 线 SPI 时钟速率。不过，由于 B 级版本中没有毛刺滤波器，要确保不存在小于 10ns 的虚假毛刺。

B 级器件中小于 10ns 的毛刺可能会导致第二个数据位丢失。这种脉冲会在输出上表现为虚假的数据转换，在下一个有效数据沿刷新时得到纠正。建议在噪声环境中使用 A 级器件。

ADuM4150 的 SPI 信号路径、引脚命名和数据方向之间的关系汇总于表 19 中。

数据路径与 SPI 模式无关。CLK 和 MOSI SPI 数据路径针对传播延迟和通道间匹配进行了优化。MISO SPI 数据路径针对传播延迟进行了优化。器件不会对时钟通道的极性进行同步；因此，对于数据通道的定时没有约束。为了与标准 SPI 接口兼容，从选择引脚（MSS）始终处于激活状态，且在未选择外设时不会三态。这就避免了在不添加中继器缓冲器或多路复用器的情况下，将多个 MI 线一起连接。

SS（次级选择）通常是一个低有效信号，在 SPI 和类 SPI 总线中可具备多种不同功能。它在 A 级和 B 级中都可触发毛刺滤波器；因此，SS 路径包含一个毛刺滤波器，可防止短脉冲传播到输出，从而在操作中导致其他错误。MSS 信号需要在 B 级器件的第一个有效时钟沿之前有 10ns 的建立时间，以允许毛刺滤波器增加传播时间。

低速数据通道

低速数据通道作为经济高效的隔离数据路径提供，适用于定时要求不严格的场景。器件的所有高速和低速输入在一侧进行采样，然后在另一侧同步、分组并移位穿过隔离线圈。高速通道进行直流精度比较，低速数据通过在对侧读取输入进行传输。之后，由器件进行处理、解包，并因高速通道的定时偏差将其发送回，这一过程在内部处理，低速数据则被锁存到输出端。这种双向数据传输由一个自由运行的内部时钟控制。由于数据基于该时钟在离散时间点采样，低速通道的传播延迟在 0.1μs 到 2.6μs 之间，具体取决于输入数据沿相对于内部采样时钟的位置。

图 10 说明了低速通道的工作特性。

• 点 A：数据在被采样前，最多可能在 0.1μs 到 2.6μs 内发生变化，然后才会输出。这种差异表现为传播延迟存在 2.5μs 的不确定性。
• 点 B：小于最低低速脉冲宽度的数据脉冲可能根本不会传输，因为它们可能无法被采样。

延迟时钟

延迟时钟（DCLK）功能允许 SPI 数据传输速度突破通常由传播延迟限制的速度。最大延迟时钟速度在标准 4 线 SPI 应用中设定，要求数据在互补时钟沿移位，并在另一个时钟沿返回。