ISO164x系列：高性能热插拔双向I²C隔离器的卓越之选

在电子工程师的日常工作中，隔离器是保障电路安全稳定运行的关键组件。今天，我们来深入探讨一下ISO1640、ISO1641、ISO1642、ISO1643和ISO1644（统称ISO164x）这一系列热插拔、低功耗且兼容 (I^{2} C) 接口的双向隔离器。

文件下载：iso1643.pdf

特性亮点，助力高效设计

强大的通信能力

ISO164x系列具备稳健的隔离双向、 (I^{2} C) 兼容通信功能。其中，ISO1640支持双向SDA和SCL通信；ISO1641为双向SDA和单向SCL通信；ISO1642/3/4则是双向SDA和SCL通信，还带有2或3个单向GPIO通道。这种多样化的通信模式，能够满足不同应用场景下的需求。而且，它支持高达1.7 MHz的双向数据传输，另外还有多达3个额外的单向隔离GPIO通道，可支持50 Mbps的速度，为数据传输提供了高效的保障。

热插拔与高可靠性

热插拔功能是ISO164x的一大特色，SDA和SCL均可热插拔，这在实际应用中大大提高了系统的灵活性和可维护性。同时，它拥有强大的隔离屏障，增强了EMC性能。在450 VRMS工作电压（D - 8）和1500 VRMS工作电压（DW - 16）下，预计使用寿命超过100年。此外，其隔离等级高达5000 VRMS（UL1577），还具备高达10 kV的增强浪涌能力，典型CMTI为±100 kV/µs，跨隔离屏障有±8 kV IEC - ESD 61000 - 4 - 2接触放电保护，SCL2和SDA2（Side 2）同侧还有±8 kV IEC - ESD无电源接触放电保护，这些都充分展现了其出色的可靠性。

宽供电范围与多样封装

ISO164x的供电范围非常宽泛，Side 1为3 V至5.5 V，Side 2为2.25 V至5.5 V，能适应不同的电源环境。其输出为开漏输出，Side 1电流吸收能力为3.5 mA，Side 2为50 mA，最大电容负载Side 1为80 pF，Side 2为400 pF。在封装方面，提供了16 - SOIC（DW - 16）和8 - SOIC（D - 8）两种选择，可满足不同的布局需求。它的工作温度范围是 - 40°C至 + 125°C，适用环境广泛。同时，该系列还计划获得多项安全相关认证，包括UL 1577、DIN VDE V 0884 - 11、IEC 62368 - 1、IEC 61010 - 1、IEC 60601 - 1和GB4943.1 - 2011等，为产品的安全性提供了有力保障。

广泛应用，拓展设计边界

ISO164x系列的应用场景十分广泛，涵盖了隔离 (I^{2} C) 总线、隔离 (I^{2} C) 和SPI总线、SMBus和PMBus接口、以太网供电（PoE）、电机控制系统以及电池管理等领域。在这些应用中，它能够有效隔离不同电位的接地，防止接地环路电流对数据的干扰，确保系统的稳定运行。

深入解析，掌握工作原理

工作模式与功能特点

ISO164x系列采用ON - OFF键控（OOK）调制方案，通过二氧化硅基隔离屏障传输数字数据。发射器发送高频载波表示一种数字状态，不发送信号表示另一种数字状态，接收器经过信号调理和解调后，通过缓冲级产生输出。这种方式不仅能有效传输数据，还采用了先进的电路技术，提高了CMTI性能，降低了辐射发射。

热插拔与保护机制

热插拔电路位于隔离器的Side 2，当VCC2未供电或正在供电时，可防止 (I^{2} C) 总线线路上的负载。当VCC2低于UVLO阈值时，总线线路不会加载到总线上，避免干扰或损坏有源 (I^{2} C) 总线。在保护方面， (I^{2} C) 总线引脚设计有增强的ESD保护单元，Side 1支持10 kV HBM ESD，Side 2支持14 kV HBM ESD，Side 2的总线引脚还能承受8 kV的无电源IEC - ESD冲击。此外，还集成了短路保护电路和热关断功能，当结温超过190°C（典型值）时，设备会关闭，结温下降到低于热关断温度至少10°C（典型值）时，关闭条件才会清除，有效保护设备免受高电流事件的影响。

GPIO通道的独特设计

ISO1642、ISO1643和ISO1644除了双向隔离 (I^{2} C) 线路外，还集成了单向隔离通道，以支持系统信号。ISO1642有两个方向相反的通道（1/1配置），ISO1643有两个方向相同的通道（2/0配置），ISO1644有三个GPIO通道，两个朝一个方向，一个朝相反方向（2/1配置），可用于SPI接口。这种设计为系统提供了更多的灵活性和扩展性。

设计要点，确保稳定运行

电源与布局

在电源方面，建议在输入和输出电源引脚（VCC1和VCC2）连接0.1 - µF的旁路电容器，并尽量靠近电源引脚放置。如果应用中只有一个初级侧电源，可借助变压器驱动器（如TI的SN6501设备）为次级侧生成隔离电源。

布局上，为实现低EMI PCB设计，至少需要四层电路板，层叠顺序应为高速信号层、接地层、电源层和低频信号层。高速迹线应布置在顶层，以避免过孔引入电感；接地层应紧邻高速信号层，为传输线互连建立受控阻抗，并提供低电感回流路径；电源层紧邻接地层可增加高频旁路电容；低速控制信号可布置在底层，以提供更大的布线灵活性。对于数字电路板，建议使用标准FR - 4 UL94V - 0印刷电路板，以满足低介电损耗、低吸湿性、高强度和刚度以及自熄性等要求。

应用设计注意事项

在应用设计中，ISO1640的Side 1（SDA1和SCL1）应连接到 (I^{2} C) 网络的单个控制器或节点，Side 2（SDA2和SCL2）连接到 (I^{2} C) 总线。输入线SDA1和SCL1的最大负载应 ≤ 80 pF，输出线SDA2和SCL2的最大负载应 ≤ 400 pF。同时，要合理选择上拉电阻，确保输入电流 ≤ 3.5 mA（Side 1）和输出电流 ≤ 50 mA（Side 2），并根据负载和上升时间要求选择最大上拉电阻，以符合 (I^{2} C) 协议。

总结与展望

ISO164x系列热插拔双向 (I^{2} C) 隔离器凭借其卓越的性能、广泛的应用场景和丰富的功能特点，为电子工程师在设计过程中提供了可靠的选择。在实际应用中，我们需要充分了解其特性和设计要点，合理运用这些优势，以确保系统的稳定运行和高效性能。随着电子技术的不断发展，相信ISO164x系列将在更多领域发挥重要作用，为电子设备的安全与稳定运行保驾护航。各位工程师在使用过程中是否也遇到过一些独特的问题或有新的应用思路呢？欢迎在评论区分享交流。