探索 Coreless Transformer Isolated High Side Switch 评估板

在电子设计领域，评估板是验证和测试新器件性能的重要工具。今天我们来深入了解一下 Infineon Technologies 推出的 EVAL 2x8 - ISO1H816G 评估板，它是一款 2 x 8 通道、1.2A 的隔离式数字输出评估板，旨在展示 ISO1H816G 器件的性能。

文件下载：EVALISO1H816GTOBO1.iso

一、评估板概述

应用场景

该评估板提供了一个隔离的 2 x 8 通道、1.2A 数字输出，可直接驱动电阻性、电容性或电感性负载。输入可以通过向连接器 K3 施加 3.3V/5V CMOS 兼容信号来驱动，工作在微控制器模式下，使用片选和 SCLK 信号。输出由 2 组 8 通道高侧开关组成，额定电流为 1.2A，并且每个通道都有过温保护开关。

ISO1H816G 器件特性

ISO1H816G 是一款采用 P - DSO - 36 封装的电流隔离 8 位数据接口，提供 8 个完全受保护的高侧功率开关，能够处理高达 1.2A 的电流。它具有与 SPI 微控制器（µC）兼容的接口，允许直接连接到 µC 系统，输入接口设计为可在 3.3V/5V CMOS 兼容电平下工作。数据从输入到输出的传输通过集成的无芯变压器技术实现。该器件还包含 8 个高侧功率开关，通过集成的串行接口进行控制，接口与 8 位 µC 兼容。此外，ISO1H816G 可以替代传统 I/O 应用中的光耦合器和 8 个高侧开关，因为其通过集成的无芯变压器技术实现了电流隔离。每个高侧功率开关都受到保护，可防止短路到 Vbb、过载、过温和过压。

二、评估板特性参数

参数	最小值	最大值	单位	备注
VCC 输入电压	3.0	5.5	V	K4 跳线 1 - 2
	8	12	V	K4 跳线 2 - 3
VBB 输入电压	11	45	V
输入信号	-0.3	0.3xVCC	V	低电平
	0.7xVCC	VCC + 0.3V	V	高电平
输出电流限制	1.4	4.5	A
输出钳位电压	47	60	V

三、功能描述

电源供应

评估板包含 2 个相互独立的电流隔离电压域。输入接口由 K3 的引脚 1 和 14 供电，跳线 K4 可选择直接从 K3 引脚 1 以 3.3V/5V VCC 供电（跳线 1 - 2），或使用板载 5V 稳压器供电（跳线 2 - 3）。输出级由 K2 的引脚 1 和 10 以 Vbb 电压供电。不同的电压域可以在不同时间开启，只有当输入级进入稳定状态时，输出级才会启用。

串行接口

ISO1H816G 包含一个可由微控制器输出端口直接控制的串行接口。

• CS（片选）：系统微控制器通过 CS 引脚选择 ISO1H816G。当引脚处于逻辑低电平时，数据可以从 µC 传输。CS 从高到低的转换会使串行输入数据开始时钟输入，SO 从高阻抗状态变为与 SO 位状态对应的逻辑高或低状态；CS 从低到高的转换会将 SI 位从移位寄存器传输到输出缓冲区（如果时钟信号的数量是 8 的整数倍），并且 SO 从 SO 位状态变为高阻抗状态。为避免错误时钟，在 CS 从高到低转换期间，串行输入引脚 SCLK 应处于逻辑高电平。当 CS 处于逻辑高电平时，SCLK 和 SI 引脚上的任何信号都将被忽略，SO 被强制进入高阻抗状态。
• SCLK（串行时钟）：系统时钟引脚为 ISO1H816G 的内部移位寄存器提供时钟。串行输入（SI）在 SCLK 的上升沿将数据接收到输入移位寄存器中，而串行输出（SO）在串行时钟的下降沿将输出信息从移位寄存器中移出。在片选 /CS 进行任何转换时，SCLK 引脚必须处于逻辑高电平。在片选周期内，时钟脉冲的数量将被计数，只有当在 CS 有效期间计数到的时钟脉冲数量恰好是 8 的整数倍时，接收到的数据才会被接受。
• SI（串行输入）：串行数据位从该引脚移入，最高有效位先输入。SI 信息在 SCLK 的上升沿被读取，输入数据被锁存到移位寄存器中，然后传输到输出级的控制缓冲区。
• SO（串行输出）：SO 在 CS 引脚变为逻辑低电平之前处于高阻抗状态。内部移位寄存器的数据从该引脚串行移出，最高有效位最先出现，后续位在 SCLK 的下降沿依次出现。

菊花链配置

将不同的 IC 和一个 µC 连接成菊花链配置时，只需要 µC 的一个 SPI 接口来连接两个或更多的 IC。所有 IC 共享 SPI 主设备的相同时钟和片选端口，即所有 IC 同时被激活和寻址。µC 的数据连接到线路中第一个 IC 的 SI，每个 IC 的 SO 连接到下一个 IC 的 SI。

输出级

每个通道包含一个高侧垂直功率 FET，具有嵌入式保护功能。每个通道的连续电流为 1.2A（所有通道开启）。每个输出由一个输出锁存器和一个公共复位线通过引脚 /DIS 独立控制，/DIS 可禁用所有八个输出并复位锁存器。逻辑高输入数据位将相应的输出通道开启，逻辑低数据位将其关闭。

功率晶体管保护

• 过压保护：八个输出级中的每一个都有自己的齐纳钳位，当电感性负载关闭时，会在功率晶体管处产生电压限制，VON 被钳位到 47V（最小值）。
• 过流保护：输出具有电流限制功能，在初始峰值电流超过后进入重复开关模式。初始峰值短路电流限制 (I{L(SCp)}) 在 (T{j}=125^{circ}C) 时设置为最小值 1.4A。在重复模式下，短路电流限制 (I{L(SCr)}) 设置为 2.2A（典型值）。如果此操作导致过温情况，第二个保护级别（(T{j}>135^{circ}C)）将使输出进入低脉宽调制占空比（选择性热关断并重启），以防止芯片温度过高。

通用诊断输出

通道的过温检测信息在通用诊断输出块中进行或运算，信息通过集成的无芯变压器传输到输入接口。引脚 DIAG 处的输出级具有开漏功能并结合了电流源，红色 LED D20 和 D21 显示 DIAG 输出的当前状态。当 LED 亮起时，表示其中一个通道过温或 VBB 电源低于工作范围。

四、连接器

评估板上有多个连接器，不同的连接器具有不同的功能：

• K1 和 K2：主要用于连接 VBB 电源和输出通道，每个有 10 个引脚。
• K3：用于输入信号，包括 VCC、片选、时钟、串行输入和输出等信号，有 14 个引脚。
• K4：是一个跳线连接器，用于选择 VCC 的供电方式。

五、物料清单

评估板的物料清单包含了各种电容、电阻、二极管、LED、保险丝、IC 和连接器等元件，例如 100nF、1uF、10uF 等不同容值的电容，10k、4.7k 等不同阻值的电阻，ISO1H816G 和 TLE4264 等 IC。

通过对 EVAL 2x8 - ISO1H816G 评估板的详细了解，我们可以看到它在数字输出控制方面的强大功能和丰富的保护机制。对于电子工程师来说，在设计类似的数字输出系统时，可以参考该评估板的设计思路和参数，从而更好地实现系统的性能和稳定性。你在实际设计中有没有遇到过类似的评估板应用场景呢？欢迎在评论区分享你的经验。