ISO164x系列：高性能熱插拔雙向I2C隔離器的卓越之選

在電子工程師的日常工作中，隔離器是保障電路安全穩定運行的關鍵組件。今天，我們來深入探討一下ISO1640、ISO1641、ISO1642、ISO1643和ISO1644（統稱ISO164x）這一系列熱插拔、低功耗且兼容 (I^{2} C) 接口的雙向隔離器。

文件下載：iso1643.pdf

特性亮點，助力高效設計

強大的通信能力

ISO164x系列具備穩健的隔離雙向、 (I^{2} C) 兼容通信功能。其中，ISO1640支持雙向SDA和SCL通信；ISO1641為雙向SDA和單向SCL通信；ISO1642/3/4則是雙向SDA和SCL通信，還帶有2或3個單向GPIO通道。這種多樣化的通信模式，能夠滿足不同應用場景下的需求。而且，它支持高達1.7 MHz的雙向數據傳輸，另外還有多達3個額外的單向隔離GPIO通道，可支持50 Mbps的速度，為數據傳輸提供了高效的保障。

熱插拔與高可靠性

熱插拔功能是ISO164x的一大特色，SDA和SCL均可熱插拔，這在實際應用中大大提高了系統的靈活性和可維護性。同時，它擁有強大的隔離屏障，增強了EMC性能。在450 VRMS工作電壓（D - 8）和1500 VRMS工作電壓（DW - 16）下，預計使用壽命超過100年。此外，其隔離等級高達5000 VRMS（UL1577），還具備高達10 kV的增強浪涌能力，典型CMTI為±100 kV/μs，跨隔離屏障有±8 kV IEC - ESD 61000 - 4 - 2接觸放電保護，SCL2和SDA2（Side 2）同側還有±8 kV IEC - ESD無電源接觸放電保護，這些都充分展現了其出色的可靠性。

寬供電范圍與多樣封裝

ISO164x的供電范圍非常寬泛，Side 1為3 V至5.5 V，Side 2為2.25 V至5.5 V，能適應不同的電源環境。其輸出為開漏輸出，Side 1電流吸收能力為3.5 mA，Side 2為50 mA，最大電容負載Side 1為80 pF，Side 2為400 pF。在封裝方面，提供了16 - SOIC（DW - 16）和8 - SOIC（D - 8）兩種選擇，可滿足不同的布局需求。它的工作溫度范圍是 - 40°C至 + 125°C，適用環境廣泛。同時，該系列還計劃獲得多項安全相關認證，包括UL 1577、DIN VDE V 0884 - 11、IEC 62368 - 1、IEC 61010 - 1、IEC 60601 - 1和GB4943.1 - 2011等，為產品的安全性提供了有力保障。

廣泛應用，拓展設計邊界

ISO164x系列的應用場景十分廣泛，涵蓋了隔離 (I^{2} C) 總線、隔離 (I^{2} C) 和SPI總線、SMBus和PMBus接口、以太網供電（PoE）、電機控制系統以及電池管理等領域。在這些應用中，它能夠有效隔離不同電位的接地，防止接地環路電流對數據的干擾，確保系統的穩定運行。

深入解析，掌握工作原理

工作模式與功能特點

ISO164x系列采用ON - OFF鍵控（OOK）調制方案，通過二氧化硅基隔離屏障傳輸數字數據。發射器發送高頻載波表示一種數字狀態，不發送信號表示另一種數字狀態，接收器經過信號調理和解調后，通過緩沖級產生輸出。這種方式不僅能有效傳輸數據，還采用了先進的電路技術，提高了CMTI性能，降低了輻射發射。

熱插拔與保護機制

熱插拔電路位于隔離器的Side 2，當VCC2未供電或正在供電時，可防止 (I^{2} C) 總線線路上的負載。當VCC2低于UVLO閾值時，總線線路不會加載到總線上，避免干擾或損壞有源 (I^{2} C) 總線。在保護方面， (I^{2} C) 總線引腳設計有增強的ESD保護單元，Side 1支持10 kV HBM ESD，Side 2支持14 kV HBM ESD，Side 2的總線引腳還能承受8 kV的無電源IEC - ESD沖擊。此外，還集成了短路保護電路和熱關斷功能，當結溫超過190°C（典型值）時，設備會關閉，結溫下降到低于熱關斷溫度至少10°C（典型值）時，關閉條件才會清除，有效保護設備免受高電流事件的影響。

GPIO通道的獨特設計

ISO1642、ISO1643和ISO1644除了雙向隔離 (I^{2} C) 線路外，還集成了單向隔離通道，以支持系統信號。ISO1642有兩個方向相反的通道（1/1配置），ISO1643有兩個方向相同的通道（2/0配置），ISO1644有三個GPIO通道，兩個朝一個方向，一個朝相反方向（2/1配置），可用于SPI接口。這種設計為系統提供了更多的靈活性和擴展性。

設計要點，確保穩定運行

電源與布局

在電源方面，建議在輸入和輸出電源引腳（VCC1和VCC2）連接0.1 - μF的旁路電容器，并盡量靠近電源引腳放置。如果應用中只有一個初級側電源，可借助變壓器驅動器（如TI的SN6501設備）為次級側生成隔離電源。

布局上，為實現低EMI PCB設計，至少需要四層電路板，層疊順序應為高速信號層、接地層、電源層和低頻信號層。高速跡線應布置在頂層，以避免過孔引入電感；接地層應緊鄰高速信號層，為傳輸線互連建立受控阻抗，并提供低電感回流路徑；電源層緊鄰接地層可增加高頻旁路電容；低速控制信號可布置在底層，以提供更大的布線靈活性。對于數字電路板，建議使用標準FR - 4 UL94V - 0印刷電路板，以滿足低介電損耗、低吸濕性、高強度和剛度以及自熄性等要求。

應用設計注意事項

在應用設計中，ISO1640的Side 1（SDA1和SCL1）應連接到 (I^{2} C) 網絡的單個控制器或節點，Side 2（SDA2和SCL2）連接到 (I^{2} C) 總線。輸入線SDA1和SCL1的最大負載應 ≤ 80 pF，輸出線SDA2和SCL2的最大負載應 ≤ 400 pF。同時，要合理選擇上拉電阻，確保輸入電流 ≤ 3.5 mA（Side 1）和輸出電流 ≤ 50 mA（Side 2），并根據負載和上升時間要求選擇最大上拉電阻，以符合 (I^{2} C) 協議。

總結與展望

ISO164x系列熱插拔雙向 (I^{2} C) 隔離器憑借其卓越的性能、廣泛的應用場景和豐富的功能特點，為電子工程師在設計過程中提供了可靠的選擇。在實際應用中，我們需要充分了解其特性和設計要點，合理運用這些優勢，以確保系統的穩定運行和高效性能。隨著電子技術的不斷發展，相信ISO164x系列將在更多領域發揮重要作用，為電子設備的安全與穩定運行保駕護航。各位工程師在使用過程中是否也遇到過一些獨特的問題或有新的應用思路呢？歡迎在評論區分享交流。