工业串行总线中的“安全守护者”-隔离接口芯片

工业串行总线是现代工业自动化领域中被广泛采纳的一种通信技术，主要解决工业现场的智能化仪器仪表、传感器、控制器、执行机构等现场设备间的数据通信，以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题，可有效缩短设备响应时间，同时降低走线复杂性与成本，适用于打造出灵活高效、安全可靠的工业控制系统。

一种现代工业串行总线控制系统

然而，随着电子系统设计复杂度的持续增加与应用环境的愈发严苛，系统内设备节点陡增，且不同设备极可能运行在不同电压域中，存在较大电位差，这对通信网络的安全性和可靠性构成严峻挑战。一旦发生电气故障（如短路、过压），若无有效隔离措施，将会导致整个通信网络的崩溃，甚至损坏昂贵的工业设备，引发安全事故，因此在存在较大电位差的工业串行通信接口中引入隔离措施至关重要。

隔离接口芯片，为工业通信保驾护航！

华普微，作为中国本土精耕细作了二十年的老牌射频芯片原厂，一直坚持立足本业发展，积极响应国家号召，致力于推进国产化芯片替代的步伐。当前，华普微的数字隔离芯片，即在微距离上实现无线射频收发系统的“射频芯片”，可完美解决工业总线中的隔离需求，有力保障RS-485、CAN、I2C与SPI等工业串行通信的稳定运行，如：

RS-485串行通信隔离接口解决方案：CMT83085

RS-485串行通信在工业控制、智能电表远程抄表、安防监控等领域有重要应用。在工业控制领域，工业自动化生产线上的传感器与执行设备都可通过RS-485接口连接到RS-485总线上，控制中心通过分析总线上收到的传感器数据，进而对执行设备进行精准调控。

通常情况下，智能电表以及工业自动化产线上的执行设备通常运行在高压电路中，如若通过非隔离RS-485接口直连RS-485总线，则会存在较大的安全隐患，而通过使用隔离RS-485接口芯片则可完全消除该隐患，例如：

CMT83085是一款高可靠性隔离半双工RS-485收发器，可提供高达5000Vrms绝缘耐压的隔离能力，同时该器件总线侧的总线引脚对地还拥有±12kV 的系统级ESD保护，且拥有故障安全保护功能。

此外，CMT83085还具有1/8单位负载的接收器输入阻抗，允许总线上最多接入256个收发器。CMT83085的数据率高达12Mbps，采用宽体SOIC-16的封装方式，可满足各种安规下严苛的爬电距离和电气间隙的需求。

CAN串行通信隔离接口解决方案：CMT1042

CAN串行通信在汽车电子和工业自动化领域应用广泛。在汽车电子领域，几乎所有的电子控制单元（ECU）都通过 CAN 接口连接到 CAN 总线上，从而实现各电子控制单元（ECU）之间的协同交互。就像发动机控制单元会将发动机的转速、温度等数据通过CAN总线传输给变速器控制单元，以便变速器根据发动机工况调整换挡策略。

目前，在新能源汽车中，其电池组电压通常高达数百伏特，因此如若高压ECU直接通过非隔离CAN接口直连CAN总线，则会存在较大的安全隐患，而通过使用隔离CAN接口芯片则可完全消除该隐患，例如：

CMT1042是一款电隔离控制器局域网(CAN) 收发器，可承受高达5000Vrms绝缘耐压和1060Vrms工作电压，具备±70V直流母线故障保护功能和±30V共模电压范围。

此外，CMT1042在CAN FD模式下可支持高达5Mbps的数据速率，与经典CAN相比可实现更为快速的载荷传输。

I2C串行通信隔离接口解决方案：CMT8100N

I2C串行通信在智能家居系统和小型电子设备内部有重要应用。在智能家居系统中，温湿度传感器、光照传感器、智能电表等低速设备可通过I2C接口连接到I2C总线上，并将采集到的数据传输至微控制器中，微控制器在对这些数据进行分析后，可根据预设条件对空调、加湿器、智能窗帘等设备进行统一的调控。

通常，在智能家居场景中，大功率电器往往运行在高压环境下，如若这些电器直接通过非隔离I2C接口直连I2C总线，则会存在较大的安全隐患，而通过使用隔离I2C接口芯片则可完全消除该隐患，例如：

CMT8100N是一款高可靠性双向I2C隔离器，可支持多种电气隔离耐压（3750Vrms、5000Vrms），共模瞬态抗干扰度(CMTI) 高达 150kV/us。

此外，CMT8100N的I2C时钟高达2MHz。该器件还可同时以低功耗提供高电磁抗扰度和低辐射，其宽电源电压支持直接连接大多数数字接口，平稳实现电平转换。

SPI串行通信隔离接口解决方案：CMT8041W1

SPI 串行通信常用于嵌入式系统中，负责连接微控制器与高速外围设备。在电子产品的固件存储场景里，微控制器需要频繁地对闪存芯片进行读写操作以存储和读取固件代码及数据，它们之间可通过SPI串行通信进行连接，以实现快速的数据读写操作。

在智能手机、平板电脑等产品中，不同的功能模块可能会在不同的时间进入休眠或唤醒状态，在此种SPI串行通信中，通过引入隔离措施可以确保处于不同电源状态的模块之间产生电流倒灌或干扰，确保设备的正常运行和电池的有效利用。此外，在SPI主设备和各个从设备之间的电平标准不一致时，通过引入基础隔离芯片就可以防止因电平不匹配造成的数据错误或设备损坏，例如：

CMT8041W1是一款高性能四通道数字隔离器，支持高达5000Vrms隔离电压。该数字隔离器用于两个不同电源域间通讯，以防止数据总线或其他电路上的噪声电流进入本地接地或者干扰及损坏敏感电路。

CMT8041W1支持使能引脚，可用于将多主驱动应用中的相应输出置于高阻抗状态，可降低功耗。CMT8041W1能够以较低的功耗实现高电磁抗扰度和低辐射。该器件采用创新性芯片设计和布局，显著增强了器件电磁兼容性，可满足系统级ESD、EFT、浪涌和辐射方面的合规要求。

展望未来，科技的进步将会持续驱动工业控制系统迈向更加智能化、高效化和安全化的新高度。而华普微将会继续秉持创新精神，深度优化数字隔离芯片的传输速率、传输延迟、运行功耗与抗干扰能力等关键技术指标，以应对工业4.0、新能源汽车等领域对隔离接口芯片的严苛标准，为工业总线控制系统的稳健发展筑牢安全基石。

审核编辑 黄宇