【標準回路設計】絶縁SPIソリューション標準回路リファレンス

技術的な背景と中心となる概念

SPI通信の分離

SPI (シリアル ペリフェラル インターフェイス) は、マスタースレーブ同期、全二重アーキテクチャを採用し、通信を完了するためにチップ セレクト CS、クロック SCLK、および MOSI/MISO 4 線通信を使用します。シンプルなタイミングと高速性を備えています。これは、ADC/DAC、センサー、AFE、その他のデバイスの主流のインターフェイスです。ただし、標準 SPI はデフォルトで送信側と受信側の間で共通のグランドを使用し、同じボード上で近接して動作します。ボード間、電源ドメイン間、または両端間に高い電位差が生じると、グランド ループとコモンモード干渉が通信のセキュリティを直接脅かします。 SPI の高速同期伝送特性を維持しながら、絶縁型 SPI は、デジタル アイソレータ、変圧器、または容量性結合を通じて両端間に電気絶縁バリアを確立します。これにより、送信機と受信機の両側が独立した電源とグランドを持ち、数百ボルト、さらにはキロボルトの電圧差に耐えることができ、根本的にグランド ループをブロックし、コモンモード ノイズを抑制し、SPI の安全性を産業、自動車などの高電圧で強力な干渉シナリオに拡張します。そしてエネルギー貯蔵。

なぜこの技術が必要なのでしょうか?

BMS バッテリー管理、エネルギー貯蔵システム、サーボ ドライブ、産業用制御、自動車エレクトロニクスなどのシナリオでは、高圧側と低圧側の間、およびボード間に大きな電位差や強い電磁干渉が存在することがよくあります。通信の電気的絶縁、コモンモード抑制、サンプリング精度、個人およびデバイスの安全性については、非常に高い要件が求められます。

SPI プロトコル自体には、高速、全二重、固定タイミングという当然の利点がありますが、分離と保護のメカニズムは定義されていません。物理層回路を適応させないと、グランド電位差、コモンモードノイズ、サージ衝撃、静電気放電により、ビットエラーからチップ故障に至るまで信号の完全性が損なわれ、SPI の高速な利点を過酷な環境で使用することが困難になります。

絶縁型 SPI 標準回路設計の検証済みリファレンスは、開発者が信号リンク上の絶縁方式 (デジタル アイソレータ/トランス/容量結合) を合理的に選択し、完全なインピーダンス マッチングとデカップリング フィルタリングを行い、ポートに完全な過電圧と静電保護を提供し、標準化されたパワー ドメイン分割と接地処理を通じて物理層の一貫性を確保するのに役立ちます。これにより、SPI プロトコルの可能性を完全に引き出し、開発サイクルを大幅に短縮し、試行錯誤のコストを削減し、絶縁型通信システムを真に安定させます。そして信頼できる。

Wohu Electronics の SPI ソリューションは、従来の並列バスの肥大化したワイヤリング ハーネスを廃止し、独立した SPI トポロジーを採用して、各 SPI スレーブ ボードを隣接するボードと直列に正確に接続し、バッテリー モジュールから端末 BMU までの「デジタル ニューラル チェーン」を形成します。

絶縁SPI回路設計

一次側配線：

SPI信号接続：

コントローラー側の SPI 信号 (SDO、SDI、CLK、GPIO) はドライバーを介して BMS 絶縁トランスの一次側入力に接続されます。

デカップリングコンデンサ:

ドライバ電源の安定性と信号の完全性を確保するために、1次側電源ピンは100nFコンデンサを介してGNDに接続する必要があります。

二次側配線

差動信号接続:

二次側差動出力(RDTX+/RDTX−)は、それぞれアイソレーションコネクタ(Connector)の対応するピンに接続し、D-SUBコネクタを介して外部と通信します。

TVS 保護:

TVS 保護デバイスは、サージの影響を抑制するためにすべての RDTX+/RDTX− ピンの前に接続し、適切な値のバイパス コンデンサを介して 2 次グランドに接続する必要があります。 0402 または 0603 パッケージのチップ セラミック コンデンサを使用し、コネクタ ピンのできるだけ近くに配置することをお勧めします。

回路機能説明

信号絶縁:

BMS絶縁トランスは、磁気結合を介してSPI差動信号を送信し、コントローラ側とバッテリー側の間の完全な電気的絶縁を達成し、高圧側の電流経路を効果的にブロックし、主制御MCUを高圧の衝撃から保護し、コモンモード干渉を抑制します。

デカップリングコンデンサ:

100nF コンデンサは、ドライバ側電源からの高周波ノイズをフィルタリングして除去し、絶縁トランスの一次側での安定した動作と信号の完全性を確保するために使用されます。

TVS 保護:

TVS デバイスのクランプ電圧はシステム動作電圧と一致し、RDTX 差動ピンに双方向サージおよび ESD 保護を提供して、高電圧絶縁環境での長期にわたる信頼性の高い動作を保証する必要があります。

VOOHU Wohu ソリューションの推奨サポート製品:

バッテリー管理システム (BMS)

シナリオ:電気自動車用バッテリーパック、エネルギー貯蔵発電所、セルサンプリングAFEデイジーチェーン

新エネルギー発電とエネルギー貯蔵

シナリオ:太陽光発電インバータ、風力発電コンバータ、PCSエネルギー貯蔵コンバータ

産業オートメーションとモータードライブ

シナリオ:サーボドライブ、周波数変換器、PLCアナログ数量取得、ロボットジョイント

カーエレクトロニクス

シナリオ:電気駆動コントローラー、OBC 車載充電器、DC-DC コンバーター、高電圧配電ボックス (PDU)

注: 上記のソリューションは参考用の標準設計です。最終的な回路設計は現場の要件に左右されます。無料の詳しいサポートについては、お電話ください。

2018 年の設立から 2026 年の海外展開まで、Wohu Electronics は「優れた品質、手頃な価格、行き届いたサービス、信頼できる配送」を信頼して 1,000 社以上の信頼できるパートナーになりました。

心配、お金、手間を省く通信用電子部品のサプライヤーをお探しなら、Wohu を試してみるのもいいかもしれません。結局のところ、100 社以上の上場企業から選択できるので、間違いはありません。

ウォフを選択します。本当に頼もしいですね。これは単なるスローガンではなく、9 年間で 1,000 人以上の顧客から信頼を得て書かれた答えでもあります。

製品の技術的な詳細を確認し、販売または技術サポートを受ける必要がある場合

五湖電子の公式ウェブサイトへようこそwww.voohu.cn

[プロダクト センター] で製品を選択するか、[お問い合わせ] またはオンライン アシスタントを通じてオンライン サービスを受けるか、公式アカウントのメニュー バーにある [テクニカル サポート] にフォームに記入してメッセージを残していただければ、できるだけ早くサポートを提供する担当者を手配します。