基于STEVAL-BMS1T的隔离式SPI通信技术解析与应用指南

STMicroelectronics STEVAL-BMS1T SPI转隔离式SPI加密狗支持将SPI信号转换为隔离式SPI信号，从而将必要的电线数量从四根减至两根。ISOSPI协议提供差分通信，以确保更高的抗噪性和稳健性，适用于远距离通信。

数据手册：*附件：STMicroelectronics STEVAL-BMS1T SPI转隔离式SPI加密狗数据手册.pdf

特性

• 设有L99BM1T通用SPI转隔离式SPI双向收发器
• 通过GPIO或跳线进行主/从配置
• 四个可配置引脚，用于SPI协议
• 两个可配置引脚，用于转换信号的振幅和频率 (ISOSPI)
• 尺寸：85 mm x 30 mm

功能框图

布局

基于STEVAL-BMS1T的隔离式SPI通信技术解析与应用指南‌

STMicroelectronics推出的STEVAL-BMS1T是一款创新型SPI转隔离SPI的接口转换模块，其核心基于L99BM1T双向收发器，专为需要高噪声抗扰度和长距离通信的工业场景设计。该评估板通过创新的ISOSPI协议将传统4线SPI简化为2线差分通信，同时保持完整的双向数据传输能力，在电池管理系统（BMS）、工业自动化等领域具有显著优势。

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一、核心特性与工作原理

1. ‌协议转换能力‌
   • 支持标准SPI（4线：SCK/SDI/SDO/NCS）与隔离SPI（2线差分：ISOP/ISOM）双向转换
   • 内置L99BM1T收发器，可配置为主机或从机模式（通过NSLAVE引脚或跳线选择）
   • 兼容8-64位任意SPI帧格式，主机模式下可编程时钟频率（250kHz/1MHz/4MHz/8MHz）
2. ‌增强型通信性能‌
   • 差分信号传输提供共模噪声抑制能力，通信距离可达10米以上
   • 支持信号幅度调节（TXAMP引脚）与频率配置（ISOFREQ引脚），适配不同传输环境
3. ‌硬件设计亮点‌
   • 板载USBLC6-2SC6Y保护芯片，防止ESD损坏
   • 采用85mm×30mm紧凑布局，集成状态指示灯（红/黄/蓝/绿LED）和故障检测电路

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二、典型应用电路设计要点

‌1. 接口配置示例‌

• ‌主机模式‌：将JP1跳线设为VIO，NSLAVE引脚拉高，SPI时钟由L99BM1T内部生成
• ‌从机模式‌：JP1跳线接地，SPI时钟由外部控制器提供（最高支持10MHz）

‌2. 关键外围电路‌

• ‌电源滤波‌：VDD引脚需并联100nF陶瓷电容与1μF钽电容（见图2中C4/C6）
• ‌阻抗匹配‌：ISOP/ISOM差分线建议串联100Ω电阻（R26/R27等）以消除反射
• ‌ESD防护‌：USB接口配置680Ω限流电阻（R6/R7）与TVS管（D1）

‌基于STEVAL-BMS1T的隔离式SPI通信技术解析与应用指南‌

STMicroelectronics推出的STEVAL-BMS1T是一款创新型SPI转隔离SPI的接口转换模块，其核心基于L99BM1T双向收发器，专为需要高噪声抗扰度和长距离通信的工业场景设计。该评估板通过创新的ISOSPI协议将传统4线SPI简化为2线差分通信，同时保持完整的双向数据传输能力，在电池管理系统（BMS）、工业自动化等领域具有显著优势。

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一、核心特性与工作原理

1. ‌协议转换能力‌
   • 支持标准SPI（4线：SCK/SDI/SDO/NCS）与隔离SPI（2线差分：ISOP/ISOM）双向转换
   • 内置L99BM1T收发器，可配置为主机或从机模式（通过NSLAVE引脚或跳线选择）
   • 兼容8-64位任意SPI帧格式，主机模式下可编程时钟频率（250kHz/1MHz/4MHz/8MHz）
2. ‌增强型通信性能‌
   • 差分信号传输提供共模噪声抑制能力，通信距离可达10米以上
   • 支持信号幅度调节（TXAMP引脚）与频率配置（ISOFREQ引脚），适配不同传输环境
3. ‌硬件设计亮点‌
   • 板载USBLC6-2SC6Y保护芯片，防止ESD损坏
   • 采用85mm×30mm紧凑布局，集成状态指示灯（红/黄/蓝/绿LED）和故障检测电路

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二、典型应用电路设计要点

‌1. 接口配置示例‌

• ‌主机模式‌：将JP1跳线设为VIO，NSLAVE引脚拉高，SPI时钟由L99BM1T内部生成
• ‌从机模式‌：JP1跳线接地，SPI时钟由外部控制器提供（最高支持10MHz）

‌2. 关键外围电路‌

• ‌电源滤波‌：VDD引脚需并联100nF陶瓷电容与1μF钽电容（见图2中C4/C6）
• ‌阻抗匹配‌：ISOP/ISOM差分线建议串联100Ω电阻（R26/R27等）以消除反射
• ‌ESD防护‌：USB接口配置680Ω限流电阻（R6/R7）与TVS管（D1）

三、设计注意事项

1. ‌信号完整性‌
   • 差分走线应保持等长，间距≤2倍线宽
   • 避免ISOSPI线路与功率线路平行走线
2. ‌热管理‌
   • 连续工作电流超过1A时需增加散热铜箔
   • 芯片结温不应超过150℃（L99BM1T的RθJA=50℃/W）
3. ‌固件适配‌
   • 主机模式下需通过SPICLKFREQ引脚设置时钟频率
   • CPOL/CPHA相位需与从设备严格同步（BNE/CPOL和TXEN/CPHA引脚控制）

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四、评估板使用建议

1. ‌快速验证流程‌
   • 连接STM32 Nucleo板至CN1（SPI接口）
   • 用跳线配置工作模式（JP1-JP7）
   • 通过USB端口（CN3）供电后观察LED状态
2. ‌性能测试项‌
   • 不同频率下的误码率测试（建议使用逻辑分析仪抓取TP5-TP8信号）
   • 注入共模噪声验证隔离性能