監測和控制各種系統需要直接訪問傳感器和執行器，最好是從中央位置，并通過標準化通信方法（如串行外設接口（SPI））訪問。SPI是一種同步串行數據總線，有助于設備與中央控制單元之間的長距離數據交換。通信根據主從原則進行，并且是全雙工的。SPI 接口由三條線路組成：SDI、SDO 和 SCK。

雖然SPI通信方法通常適用于長達約10 m的距離，但為了橋接更長的距離，通常需要中繼器，因為長電纜的線路電阻增加會導致衰減。這些信號必須再次放大。這也允許同時實現更大的信噪比（SNR）。ADI公司的isoSPI通信接口IC LTC6820等器件可用于讀取信號。

由于其創新設計，通過使用雙絞線電纜和適當的變壓器添加電流隔離，可以相對容易地最大化SPI通信。

由于工業環境中經常出現惡劣條件，通常需要電氣隔離的通信組件來保護用戶免受危險電壓的影響，并確保系統可靠性。此外，隔離可實現精確測量，盡管偶爾存在共模電壓。因此，隔離柵是將輸入級與系統其余部分分開，同時仍能連接的關鍵。

圖1顯示了所有從站如何由單個主站控制。主機和從機可以是具有SPI接口的微控制器或ADC，傳感器或微控制器通常連接到該接口。因此，LTC6820 可實現兩個完全電氣隔離的器件之間的 SPI 通信所需的雙向數據傳輸。它將來自主站的SPI信號編碼為高達1 Mbps的差分信號，然后通過電流隔離柵和雙絞線電纜傳輸。在電纜的另一端，LTC6820 再次接收差分信號并將其解碼為 SPI 信號，然后路由至從總線。另外，LTC6820 還提供驅動信號跨越隔離柵所需的電流。通過外部電阻，這些電流可以適應系統要求，例如所需的電纜長度、SNR 和抗擾度。

圖1.隔離式SPI接口，用于通過公共主站控制多個電路板（從機）。

但是，請注意，盡管使用了SPI中繼器，但數據速率是有限的，并且取決于電纜長度。例如，采用100 m CAT5電纜的圖1所示電路的數據速率僅為0.5 Mbps左右，是LTC6820可提供的最大可能值1 Mbps的一半（見圖2）。

圖2.與使用 CAT5 電纜的電纜長度相關的數據速率。

通過使用ISOSPI通信IC，可以簡化長距離隔離傳輸SPI通信信號的電路的復雜性，因為可以省略傳統電路中通常需要的大量元件。此外，利用LTC6820，可以實現長達100 m的距離，這在工業環境中并不罕見。LTC6820 便于實施菊花鏈應用，其中一臺主設備控制多個從機。此外，它是電池監控系統的理想設備，因為它們由于其部分爆炸性充電單元（例如鋰離子電池）而需要電氣隔離通信。

審核編輯：郭婷