之前介绍过LTC6804但是LTC6804没法直接与MCU通信需要LTC6820通信接口芯片。BMS电池采集芯片-LTC6804介绍今天再介绍下LTC6820。一、LTC6820概述与主要特点1.1 芯片简介LTC6820是Analog Devices原Linear Technology推出的一款isoSPI隔离通信接口芯片。它能够通过单对双绞线实现两个隔离设备之间的双向SPI通信为工业和汽车电子系统提供了高可靠性、低EMI的隔离数据传输方案。该芯片将标准的SPI信号CS、SCK、MOSI和MISO编码为差分脉冲信号通过隔离变压器或电容耦合方式传输到另一端再由接收端的LTC6820解码还原为SPI信号。整个过程对上层SPI主设备完全透明无需修改软件即可实现隔离通信。1.2 主要特点• 1Mbps隔离SPI数据传输速率支持高达100米的电缆长度• 使用标准变压器即可实现电气隔离隔离电压可达数百伏• 单对双绞线双向通信仅需两根信号线• 极低的EMI敏感度和辐射发射适合严苛电磁环境• 可通过外部电阻配置高噪声免疫或低功耗模式• 符合ISO26262标准的系统设计• 超低空闲电流主模式1uA从模式2uA• 自动唤醒检测功能无需额外控制信号• 宽工作温度范围-40°C至125°C• 电源电压范围VDD 2.7V至5.5VIO电压1.7V至5.5V• 提供16引脚QFN3mmx3mm和MSOP两种封装二、引脚功能与配置2.1 引脚排列LTC6820提供两种封装形式16引脚QFN3mmx3mm和16引脚MSOP。两种封装的引脚功能相同引脚编号略有差异我们常用的是MSOP。2.2 关键引脚功能详解2.2.1 SPI接口引脚MOSIPin 1/Pin 2SPI主出从入数据。在主模式下接收MCU的SPI数据输出在从模式下驱动从设备的SPI数据输入。开漏输出需外接上拉电阻至VDDS。MISOPin 2/Pin 3SPI主入从出数据。在主模式下驱动MCU的SPI数据输入在从模式下接收从设备的SPI数据输出。开漏输出需外接上拉电阻至VDDS。SCKPin 3/Pin 4SPI时钟。主模式下接收MCU的时钟信号从模式下输出时钟到从设备。推挽输出无需上拉电阻。CSPin 4/Pin 5SPI片选。主模式下接收MCU的片选信号从模式下输出片选到从设备。推挽输出无需上拉电阻。2.2.2 isoSPI差分接口引脚IPPin 10/Pin 11和IMPin 9/Pin 10隔离接口正负输入/输出。这两个引脚通过变压器或电容连接到另一端的LTC6820。驱动电流为偏置电流的20倍IDRV 20 x IB。IBIASPin 15/Pin 16隔离接口偏置电流设置。通过GND上的电阻分压器设置接口输出电流电平使能时该引脚约为2V。ICMPPin 14/Pin 15接收器比较器阈值设置。连接到IBIAS与GND之间的电阻分压器接收器阈值设为ICMP引脚电压的一半。LTC6820典型应用2.2.3 配置引脚MSTRPin 11/Pin 12主/从模式选择。接VDD为主模式接GND为从模式。POLPin 6/Pin 7和PHAPin 7/Pin 8SPI时钟极性和相位配置支持全部四种SPI模式。SLOWPin 12/Pin 13慢速模式选择。时钟频率200kHz及以下或从设备无法满足时序时接VDD高于200kHz时接GND。ENPin 16/Pin 1使能输入。高电平强制芯片保持使能状态低电平时在5.7ms无活动后进入IDLE模式。三、工作原理与isoSPI协议3.1 isoSPI通信原理LTC6820创建了一种双向隔离串行接口isoSPI通过单对双绞线传输标准SPI信号。典型系统使用两个LTC6820器件第一个与MCU配对其IP/IM引脚通过隔离栅连接到第二个LTC6820后者为从设备重建SPI信号。发送器采用电流调节差分驱动器电压幅度由驱动电流和等效负载电缆特性阻抗和端接电阻RM决定。接收器采用带差分电压阈值VTCMP的窗口比较器当VIP-VIM VTCMP时检测为逻辑1当VIP-VIM -VTCMP时检测为逻辑-1介于两者之间时为逻辑0空。3.2 脉冲编码机制isoSPI发送器可产生三种电压电平VA、0V和-VA。为了消除直流分量并提高可靠性采用对称脉冲对编码• 长1脉冲对VA150ns后跟-VA150ns——用于CS上升沿• 长-1脉冲对-VA150ns后跟VA150ns——用于CS下降沿• 短1脉冲对VA50ns后跟-VA50ns——用于数据1• 短-1脉冲对-VA50ns后跟VA50ns——用于数据0长脉冲用于传输CS变化短脉冲用于传输数据MOSI或MISO。从设备只发送短-1脉冲当MISO0时从不发送1脉冲这使得多个设备可以并联在同一电缆上而不会冲突。3.3 SPI模式配置LTC6820通过POL和PHA引脚支持全部四种SPI操作模式模式POLPHA描述000SCK空闲低上升沿锁存101SCK空闲低下降沿锁存210SCK空闲高下降沿锁存311SCK空闲高上升沿锁存最常用的配置是Mode 0POL0PHA0和Mode 3POL1PHA1因为这两种模式都在时钟上升沿锁存数据。与LTC6804系列配合使用时应配置为Mode 3。四、使用方法与配置步骤4.1 偏置电阻选择isoSPI的驱动电流和接收器阈值通过IBIAS和ICMP引脚的电阻分压器设置。IB电流可在0.1mA至1mA范围内编程影响功耗和噪声免疫力的平衡。对于50米及以下的电缆推荐设置IB 0.5mA使用1:1变压器和120欧姆端接电阻时RB1 2.8kRB2 1.2k。此设置可在CAT5双绞线上实现最长50米的可靠通信。对于超过50米的电缆推荐将IB增加至1mARB1 1.4kRB2 604欧姆。更高的驱动电流补偿电缆插入损耗维持足够的噪声免疫。最大电缆长度IBRB1RB2READY电流100m1mA1.4k6044.7mA50m0.5mA2.8k1.21k3.2mA100m (75R)1mA1.62k3744.7mA50m (75R)0.5mA3.24k7503.2mA4.2 变压器选型隔离栅通常使用1:1变压器或一对变压器实现。选择变压器时应注意以下参数• 磁化电感50uH至350uH• 匝数比1:1或2:1• 插入损耗小于-1.5dB• 隔离电压根据系统要求选择通常1000V-1500V RMS推荐选用带有共模扼流圈的变压器可显著改善共模噪声抑制。10/100BaseTX以太网变压器因其低成本和良好性能在此应用中表现优异。4.3 上拉电阻与速率配置MOSI和MISO为开漏输出需要外部上拉电阻RPU。上升时间由RPU和负载电容决定。RPU必须足够小以确保建立和保持时间RPU 50ns / CLOAD例如若总电容为25pF包括10pF自身电容则RPU应小于2k欧姆。如果无法满足此要求应将SLOW引脚接高以使用慢速模式。SLOW引脚仅在从模式下有效。主模式下SLOW设置不影响操作建议将SLOW接GND。慢速模式下最小时钟周期tCLK为5us200kHz时序要求更加宽松。五、与LTC6804配合使用的技巧5.1 LTC6804系列概述LTC6804是Analog Devices推出的多节电池监控芯片可同时监测多达12节串联电池的电压并提供温度传感器接口和被动均衡功能。LTC6804分为两个版本• LTC6804-1具有两个isoSPI端口Port A和Port B支持菊链式连接。Port B始终配置为主模式Port A可为2线或4线从模式• LTC6804-2只有一个串口Port A可为2线或4线模式。支持多分支multidrop配置通过地址引脚A0-A3进行器件寻址LTC6804内置isoSPI接口可直接与LTC6820通过双绞线连接实现MCU与电池组之间的隔离通信。6.2 硬件连接方案多个LTC6804-1通过isoSPI端口首尾相连形成菊链。MCU端使用一个LTC6820将SPI转换为isoSPI信号连接到第一个LTC6804-1的Port A。第一个LTC6804-1的Port B连接到第二个的Port A依此类推。菊链末端设备的Port B应通过100欧姆电阻端接。菊链方案的优势在于只需要一个LTC6820即可连接多个LTC6804-1简化了MCU侧的硬件设计。但需要注意通信延迟会随菊链长度增加。LTC6820与LTC6804典型应用6.3 通信配置要点LTC6820与LTC6804配合使用时需注意以下配置要点• SPI模式设置LTC6804使用SPI Mode 3因此LTC6820的POL和PHA引脚都应接高电平• 偏置电阻匹配LTC6804的IBIAS推荐电阻为806欧姆从VREG引脚对应的ICMP电阻为1.21k欧姆。MCU侧的LTC6820应使用匹配的偏置设置• 上拉电阻选择MOSI和MISO引脚需要2k-10k欧姆的上拉电阻至VDDS。推荐使用2k欧姆以确保快速上升时间• 端接电阻在双绞线两端各放置120欧姆端接电阻与CAT5电缆的100欧姆特性阻抗匹配• 唤醒时序首次通信前确保足够的唤醒时间2 x tREADY约16us6.4 常见问题排查• 通信失败读取不到数据检查SPI模式是否为Mode 3确认偏置电阻值是否正确测量IP/IM上是否有差分信号验证变压器连接方向• 通信偶尔出错增加IB电流以提高噪声免疫检查端接电阻是否匹配缩短电缆长度增加共模扼流圈• 功耗过高确认EN引脚为低以启用IDLE模式检查是否有持续CS低电平导致芯片无法休眠适当降低IB电流• 长电缆通信不稳定将IB增加至1mA使用更大磁化电感的变压器降低SPI时钟频率启用SLOW模式• 多分支系统中部分设备无响应检查各分支长度是否过长确认地址设置是否正确验证未寻址设备的SDO是否保持高电平。阅读原文请点击链接。BMS电池管理系统LTC6820隔离通信接口芯片