STMicroelectronics X-NUCLEO-OUT14A1扩展板是一款工业数字输出扩展板，基于STM32 Nucleo的ISO808A-1。该板提供强大而灵活的环境来评估ISO808A-1八路高侧智能功率固态继电器。ISO808A-1在连接到1A工业负载的输出模块中具有嵌入式电流隔离和20MHz SPI控制接口。

数据手册：*附件：STMicroelectronics X-NUCLEO-OUT14A1扩展板数据手册.pdf

STMicro X-NUCLEO-OUT14A1扩展板通过GPIO引脚和Arduino®R3连接器直接连接STM32 NUCLEO上的微控制器。ISO808A-1可确保微控制器和工艺阶段之间的电流隔离。

特性

• 基于ISO808A-1八路高侧开关，特性包括：
  • 工作电压范围：9.2V至36V
  • 低功耗（RON（MAX）= 260mΩ）
  • 处理侧工作电流：高达1.0A/通道
  • 嵌入式2kVRMS 电流隔离
  • PGOOD（VCC电压电平报警信号指示）
  • 20MHz SPI带菊花链功能
  • 用于电感负载的快速衰减
  • 欠压锁闭
  • 过载和过热保护
  • 接地失效保护
  • PowerSO36封装
• 应用板工艺侧工作范围10V（J10打开）至33V（J9关闭）
• 处理侧扩展工作范围：9.2V（J10关闭）至36V（J9打开）
• 应用板逻辑侧工作电压：3.3V至5V
• 绿色LED用于输出开/关状态（J6和J7关闭1-2、3-4、5-6、7-8）
• 红色LED用于常见过热和通信错误诊断（J3关闭1-2）
• 红色LED用于PGOOD信号指示（J3关闭3-4）
• 黄色LED指示输出使能状态（J3关闭5-6）
• 处理侧和逻辑侧电源轨反极性保护
• 兼容STM32 Nucleo开发板
• 配备Arduino® UNO R3连接器
• 符合RoHS指令和中国RoHS指令
• 通过CE认证

概述

STM32工业数字输出扩展板X-NUCLEO-OUT14A1技术解析与应用指南

一、产品概述与技术定位

X-NUCLEO-OUT14A1是意法半导体推出的工业数字输出扩展板，专为STM32 Nucleo生态系统设计。该板卡基于ISO808A-1八路高边智能功率固态继电器，集成了电气隔离与SPI控制接口，为驱动1.0A工业负载提供了完整的评估解决方案。

‌核心定位‌：作为工业自动化领域PLC（可编程逻辑控制器）系统的数字输出模块，特别适用于需要高可靠性和安全隔离的工业场景。

二、核心器件特性深度解析

1. ISO808A-1智能功率开关主要参数

• ‌工作电压范围‌：9.2V至36V宽压输入
• ‌导通电阻‌：最大260mΩ，显著降低功率损耗
• ‌通道电流能力‌：每通道最高1.0A持续输出
• ‌隔离等级‌：内置2k VRMS电气隔离保障
• ‌通信接口‌：20MHz SPI支持菊花链拓扑
• ‌保护机制‌：集成欠压锁定、过载保护、过温保护和接地丢失保护

2. 扩展板关键电气特性

‌逻辑侧工作电压‌：3.3V至5V兼容设计
‌过程侧工作电压‌：

• 基础范围：10V（J10开路）至33V（J9闭合）
• 扩展范围：9.2V（J10闭合）至36V（J9开路）

三、硬件架构与接口设计

1. 电源管理架构

• ‌过程侧电源‌：通过D1（STPS1H100A）实现反向极性保护
• ‌滤波设计‌：C9（47μF）+C10（2.2μF）构成LC滤波网络
• ‌瞬态抑制‌：SM15T39CA提供过压保护

2. 通信与控制接口

‌SPI接口定义‌：

• SPI_CLK：时钟信号（最高20MHz）
• SPI_MOSI：主出从入
• SPI_MISO：主入从出
• SPI_SS：片选信号

‌菊花链配置‌：
通过J12、J13跳线实现多板卡级联，支持构建16通道数字输出系统。

3. 状态指示系统

• ‌绿色LED‌：输出开关状态指示（J6、J7跳线控制）
• ‌红色LED‌：公共过温和通信错误诊断（J3跳线控制）
• ‌红色LED‌：PGOOD信号指示
• ‌黄色LED‌：输出使能状态指示

四、保护机制详解

1. 电气保护

• ‌反向极性保护‌：过程侧和逻辑侧电源均集成
• ‌ESD保护‌：ESDA15P60-1U1M和ESDA7P60-1U1M器件
• ‌过压保护‌：SMBJ5.0A-TR提供5V钳位保护

2. 热管理与故障检测

• ‌过温保护‌：芯片内置温度传感器
• ‌PGOOD监控‌：VCC电压电平报警信号
• ‌快速衰减‌：针对感性负载的优化设计

五、典型应用场景与配置指南

1. PLC数字输出模块

适用于工业自动化中的执行器驱动、继电器控制、电磁阀驱动等场景。建议配置：

• 工作电压：选择24V工业标准
• 负载类型：阻性、感性负载均可
• 通信速率：根据实时性要求选择SPI频率

2. 多板卡扩展配置

通过菊花链功能连接两块X-NUCLEO-OUT14A1，实现16通道统一控制。连接方式：

1. 主板的SPI_MISO连接至第一从板的SPI_MOSI
2. 第一从板的SPI_MISO连接至第二从板
3. 所有板卡的SPI_CLK和SPI_SS并联

3. 与STM32 Nucleo开发板兼容性

• ‌直接兼容‌：NUCLEO-F401RE、NUCLEO-G431RB
• ‌连接方式‌：通过GPIO引脚和Arduino R3连接器

六、设计注意事项

1. 布局布线建议

• ‌电源走线‌：过程侧大电流路径需足够宽度
• ‌地平面‌：保持完整地平面以降低噪声
• ‌隔离边界‌：在电气隔离两侧保持足够的爬电距离

2. 散热设计考量

• ‌功率计算‌：PD = I² × RDS(on) × 通道数
• ‌环境温度‌：考虑最高工作环境温度
• ‌散热措施‌：必要时应添加散热片或强制风冷

七、开发与调试支持

1. 软件生态系统

• ‌STM32Cube软件扩展‌：X-CUBE-IPS驱动包
• ‌示例代码‌：提供完整配置和诊断例程
• ‌调试接口‌：通过标准调试工具连接