一、I2C隔离产品在系统中的作用
I2C总线是飞利浦公司开发的一种双线制双向串行总线，主要应用于板内或板间IC之间的短距离通信，应用很多。I2C总线主设备控制串行时钟线（SCL），数据在串行数据线（SDA）上双向传输。I2C总线理论上可以增加112个通信节点，但是节点数量会增加总线上负载电容，从而限制通信距离和通信速度。实际应用中，需要在通信速度、总线长度和节点数量之间进行权衡。I2C总线支持四种传输速率：标准模式（可达100Kbps）、快速模式（可达400Kbps）、快速增强模式（可达1Mbps）和高速模式（可达3.4Mbps）。荣湃半导体I2C隔离器π220N31支持上述四种通信速率。
如图1所示，系统为了达到安全规范要求、避免噪声信号干扰通信、避免损坏敏感器件的目的，需要采用I2C隔离产品把器件之间的地隔离开来，例如荣湃I2C隔离产品π220N31。
了解更多荣湃隔离产品的信息，欢迎咨询荣湃授权一级代理上海为鼎电子科技有限公司!
图1 I2C隔离产品在系统中应用示意图
二、荣湃I2C隔离器产品介绍
荣湃共有四款I2C隔离器产品，隔离耐压分为3KV和5KV两档，分别对应SOP8封装4mm爬电距离和WSOP16封装8mm爬电距离。串行时钟线SCL分为双向和单向两种。π220N31和π220N61为热销型号，并且满足AEC-Q100规范要求。四款产品具体参数如表1所示。
表1 荣湃I2C产品参数列表
荣湃I2C隔离器热销产品π220N31和π220N61的引脚定义及芯片内部框图如图2所示，可兼容SCL单向产品π221N31和π221N61。π220N31典型应用电路图如图3所示。
图2 I2C隔离产品引脚定义与功能框图
图3 π220N31典型应用电路图
三、I2C隔离产品在应用中的注意事项
1、上拉电阻的选择
由于I2C接口为开漏输出，因此为了实现系统可靠运行，需要添加上拉电阻，如图3中R1~R4。上拉电阻影响信号上升时间与系统电流。上拉电阻过大会导致信号上升时间过大，导致不能正常通信。上拉电阻过小，会引起系统电流过大，损坏敏感器件。因此，需要根据需要选择合适的上拉电阻。由于上拉电阻与上升时间相关，不同I2C通讯速率规定了最大的上升时间，如表2所示。
表2 不同I2C通讯速率下的最大上升时间
根据确定的通讯速率，并且知道了最大上升时间，就可以计算出合适的上拉电阻。例如隔离系统采用3.3V供电，由于隔离器1侧最大能承受3.5mA的灌电流，因此上拉电阻的最小值为3.3V/3.5mA=0.94K欧。同时，如果工作在快速模式，则上升时间不能超过300ns。由于Tr(30%-70%)=0.85RC，负载电容C假定为隔离器允许的最大负载40PF，因此可以计算得出上拉电阻的最大值R=8.8K欧。因此，合适的上拉电阻在0.94K欧至8.8K欧之间，可选择4.7K欧。
2、I2C隔离器输入输出电压
荣湃I2C隔离器的输入输出电平和其他美国厂家的I2C隔离产品一样，并非是标准的TTL或者CMOS电平。如表3所示。
表3 I2C隔离器输入输出电压
为了解决上述系统互锁为低电平的问题，隔离器1侧输出的低电平L'需要被芯片内部识别为高电平，才能不干扰外部通信。因此隔离器1侧输出低电平L'需要大于1侧输入阈值（阈值典型值为0.58V，因此要求输入电压小于0.45V）。同时隔离器1侧输出需要被外部器件（如MCU，ADC等）识别为低电平（CMOS为小于0.3VDD，TTL为小于0.8V）。因此1侧输出低电压0.58V
四、荣湃I2C隔离产品优势及在系统中的应用
荣湃I2C隔离产品π220N31 是基于荣湃半导体的智能分压技术(iDivider 技术)设计而成。该技术具有功耗低、延时短、速率高以及EMC性能好等优点。荣湃I2C隔离产品广泛应用于以太网供电（POE）系统、电池管理系统（BMS）以及-48V分布式电源系统等领域。本文以电动摩托车BMS中I2C隔离产品的应用举例说明。
电动摩托车中的电池主要有两种，铅酸电池和锂电池。锂电池相比于铅酸电池在环境保护、续航能力以及电池寿命等方面均具有很大的优势。因此国家大力推广锂电池的应用。但是锂电池由于在过温、过压和过流等情况下，容易失效甚至爆炸，因此锂电池在应用中的管理显得尤为重要。电动摩托车电池的额定电压大部分为48V、60V或72V。
采用20串锂电池组成72V额定电压的BMS系统如图5所示，荣湃I2C隔离产品π220N31用于级联AFE芯片和MCU之间的隔离。由于在BMS系统里，希望尽可能地把能量传递给负载，因此对芯片的功耗要求比较严格，荣湃半导体I2C隔离产品π220N31以其低功耗性能，特别适合BMS系统中的应用。
图5 额定电压为72V的BMS系统
五、小结
I2C总线是一种两线制双向串行总线，特别适合板间或板内IC之间的通讯。为了满足系统安全规范要求、避免噪声信号干扰通信和避免损坏敏感器件，需要在系统里加入I2C隔离器件进行隔离。荣湃I2C隔离产品π220N31是基于荣湃半导体的智能分压技术(iDivider 技术)设计而成。该技术具有功耗低、延时短、速率高以及EMC性能好等优点，已广泛应用于以太网供电（POE）系统、电池管理系统（BMS）以及-48V分布式电源系统等领域。
