描述
监测和控制不同的系统需要能够直接访问传感器和驱动器，最好是从一个中心位置，采用标准化通信方法(例如串行外设接口(SPI))进行访问。SPI是一种同步串行数据总线，帮助设备和中央控制单元之间进行长距离的数据交换。通信操作遵从主从原则是全双工的。SPI接口包含三行:SDI、SDO和SCK。
SPI通信方法适用的线缆距离不超过10米，通信距离更长时，通常需要用到中继器，这是因为随着线缆增长，其线缆阻抗相应增加，由此导致信号衰减。然后必须再次放大信号。与此同时，线路会获得更高的信噪比(SNR)。可利用ADI公司提供的isoSPl通信接口IC LTC6820 等器件来读取这些信号。
得益于该器件的创新式设计，可以使用双绞线电缆和适用的变压器来增强电气隔离，由此相对轻松地最大化SPI通信。
由于工业环境通常比较恶劣，所以需要使用电气隔离通信部件来保护用户免受危险电压影响，同时确保系统的可靠性。此外，尽管偶尔会出现共模电压隔离也可以帮助实现精确测量。因此，要将输入级与系统的其余级分隔开来，同时仍然实现连接，隔离栅的使用就非常关键。
图1显示了所有从服务器如何受一个主服务器控制。主服务器和从服务器可以是微控制器或ADC，通常通过自身的SPI接口与传感器或微控制器连接，因此，LTC6820能够在两个完全电气隔离的器件之间实现SPI通信所需的双向数据传输。它将来自主服务器的SPI信号编码为速率最高1 Mbps的差分信号,然后通过电气隔离栅和双绞线传输。到了电缆另一端之后，差分信号再次由LTC6820接收并解码为SPI信号，然后再路由到从服务器总线。LTC6820还提供驱动信号通过隔离栅所需的电流。这些电流通过外部电阻，调整为符合系统要求的值，例如所需的线缆长度、SNR和抗扰度。
图1.隔离式SPI接口，通过共用的主控制器来控制多个电路板(从控制器)
但是请注意，虽然使用了SPI中继器，数据速率仍是有限的，取决于电缆长度。例如，图1中使用100米CAT5电缆的电路的数据速率仅为0.5 Mbps左右，是LTC6820所能提供的1Mbps最大值的一半(见图2)
图2.使用CAT5电缆时，数据速率与电缆长度的关系。
通过使用isoSPI通信IC，可以简化远距离隔离传输SPI通信信号电路的复杂性，因为可以省去传统电路通常需要的大量组件。此外，使用LTC6820可以实现最长100米的通信距离(在工业设置中并不少见)。LTC6820还可轻松实现菊花链应用(一个主控制器控制多个从控制器)。而且，该器件非常适合电池监测系统应用，这是因为电池监测系统包含部分可能存在爆炸风险的充电单元(例如，锂离子电池)需要实施电气隔离通信。
二、特点
支持1Mbps的隔离SPI数据通信，采用标准变压器实现简单的电流隔离，能在单根双绞线上实现双向通信，电缆长度可达100米。
LTC6820的空闲电流低至2µA，还具备自动唤醒检测功能，可有效降低系统功耗，提高能源利用效率。
三、工作原理与信号处理
1. 双向通信实现
LTC6820通过单根双绞线上的连接，在两个隔离设备之间实现双向SPI通信。它将逻辑状态编码为信号，通过隔离屏障传输到另一个LTC6820，接收端再将传输解码并驱动从设备总线到相应的逻辑状态。
2. 驱动与接收机制
发送器采用电流调节的差分驱动器，通过匹配的源电流和吸收电流驱动差分信号，消除了变压器中心抽头的需求，降低了EMI。接收器使用精密窗口比较器检测差分信号，驱动电流和比较器阈值由简单的外部电阻分压器设置，可根据电缆长度和所需的信噪比性能优化系统。
3. isoSPI脉冲类型与通信事件转换
isoSPI发送器可生成 +VA、0V和 - VA三种电压电平，脉冲定义为对称脉冲对。长脉冲用于传输CS变化，短脉冲传输数据。LTC6820能将SPI主设备的四种通信事件（CS下降、CS上升、SCK锁存MOSI = 0和SCK锁存MOSI = 1）转换为相应的脉冲类型。
