之前介绍过LTC6804，但是LTC6804没法直接与MCU通信，需要LTC6820通信接口芯片。
BMS电池采集芯片-LTC6804介绍
今天再介绍下LTC6820。
一、LTC6820概述与主要特点
1.1 芯片简介
LTC6820是Analog Devices（原Linear Technology）推出的一款isoSPI隔离通信接口芯片。它能够通过单对双绞线实现两个隔离设备之间的双向SPI通信，为工业和汽车电子系统提供了高可靠性、低EMI的隔离数据传输方案。
该芯片将标准的SPI信号（CS、SCK、MOSI和MISO）编码为差分脉冲信号，通过隔离变压器或电容耦合方式传输到另一端，再由接收端的LTC6820解码还原为SPI信号。整个过程对上层SPI主设备完全透明，无需修改软件即可实现隔离通信。
1.2 主要特点
• 1Mbps隔离SPI数据传输速率，支持高达100米的电缆长度
• 使用标准变压器即可实现电气隔离，隔离电压可达数百伏
• 单对双绞线双向通信，仅需两根信号线
• 极低的EMI敏感度和辐射发射，适合严苛电磁环境
• 可通过外部电阻配置高噪声免疫或低功耗模式
• 符合ISO26262标准的系统设计
• 超低空闲电流：主模式1uA，从模式2uA
• 自动唤醒检测功能，无需额外控制信号
• 宽工作温度范围：-40°C至125°C
• 电源电压范围：VDD 2.7V至5.5V，IO电压1.7V至5.5V
• 提供16引脚QFN（3mmx3mm）和MSOP两种封装
二、引脚功能与配置
2.1 引脚排列
LTC6820提供两种封装形式：16引脚QFN（3mmx3mm）和16引脚MSOP。两种封装的引脚功能相同，引脚编号略有差异，我们常用的是MSOP。
2.2 关键引脚功能详解
2.2.1 SPI接口引脚
MOSI（Pin 1/Pin 2）：SPI主出从入数据。在主模式下接收MCU的SPI数据输出，在从模式下驱动从设备的SPI数据输入。开漏输出，需外接上拉电阻至VDDS。
MISO（Pin 2/Pin 3）：SPI主入从出数据。在主模式下驱动MCU的SPI数据输入，在从模式下接收从设备的SPI数据输出。开漏输出，需外接上拉电阻至VDDS。
SCK（Pin 3/Pin 4）：SPI时钟。主模式下接收MCU的时钟信号，从模式下输出时钟到从设备。推挽输出，无需上拉电阻。
CS（Pin 4/Pin 5）：SPI片选。主模式下接收MCU的片选信号，从模式下输出片选到从设备。推挽输出，无需上拉电阻。
2.2.2 isoSPI差分接口引脚
IP（Pin 10/Pin 11）和IM（Pin 9/Pin 10）：隔离接口正负输入/输出。这两个引脚通过变压器或电容连接到另一端的LTC6820。驱动电流为偏置电流的20倍（IDRV = 20 x IB）。
IBIAS（Pin 15/Pin 16）：隔离接口偏置电流设置。通过GND上的电阻分压器设置接口输出电流电平，使能时该引脚约为2V。
ICMP（Pin 14/Pin 15）：接收器比较器阈值设置。连接到IBIAS与GND之间的电阻分压器，接收器阈值设为ICMP引脚电压的一半。
LTC6820典型应用
2.2.3 配置引脚
MSTR（Pin 11/Pin 12）：主/从模式选择。接VDD为主模式，接GND为从模式。
POL（Pin 6/Pin 7）和PHA（Pin 7/Pin 8）：SPI时钟极性和相位配置，支持全部四种SPI模式。
SLOW（Pin 12/Pin 13）：慢速模式选择。时钟频率200kHz及以下或从设备无法满足时序时接VDD，高于200kHz时接GND。
EN（Pin 16/Pin 1）：使能输入。高电平强制芯片保持使能状态，低电平时在5.7ms无活动后进入IDLE模式。
三、工作原理与isoSPI协议
3.1 isoSPI通信原理
LTC6820创建了一种双向隔离串行接口（isoSPI），通过单对双绞线传输标准SPI信号。典型系统使用两个LTC6820器件：第一个与MCU配对，其IP/IM引脚通过隔离栅连接到第二个LTC6820，后者为从设备重建SPI信号。
发送器采用电流调节差分驱动器，电压幅度由驱动电流和等效负载（电缆特性阻抗和端接电阻RM）决定。接收器采用带差分电压阈值VTCMP的窗口比较器：当VIP-VIM > +VTCMP时检测为逻辑+1；当VIP-VIM < -VTCMP时检测为逻辑-1；介于两者之间时为逻辑0（空）。
3.2 脉冲编码机制
isoSPI发送器可产生三种电压电平：+VA、0V和-VA。为了消除直流分量并提高可靠性，采用对称脉冲对编码：
• 长+1脉冲对：+VA（150ns）后跟-VA（150ns）——用于CS上升沿
• 长-1脉冲对：-VA（150ns）后跟+VA（150ns）——用于CS下降沿
• 短+1脉冲对：+VA（50ns）后跟-VA（50ns）——用于数据1
• 短-1脉冲对：-VA（50ns）后跟+VA（50ns）——用于数据0
长脉冲用于传输CS变化，短脉冲用于传输数据（MOSI或MISO）。从设备只发送短-1脉冲（当MISO=0时），从不发送+1脉冲，这使得多个设备可以并联在同一电缆上而不会冲突。
3.3 SPI模式配置
LTC6820通过POL和PHA引脚支持全部四种SPI操作模式：
模式 | POL | PHA | 描述 |
0 | 0 | 0 | SCK空闲低，上升沿锁存 |
1 | 0 | 1 | SCK空闲低，下降沿锁存 |
2 | 1 | 0 | SCK空闲高，下降沿锁存 |
3 | 1 | 1 | SCK空闲高，上升沿锁存 |
最常用的配置是Mode 0（POL=0，PHA=0）和Mode 3（POL=1，PHA=1），因为这两种模式都在时钟上升沿锁存数据。与LTC6804系列配合使用时，应配置为Mode 3。
四、使用方法与配置步骤
4.1 偏置电阻选择
isoSPI的驱动电流和接收器阈值通过IBIAS和ICMP引脚的电阻分压器设置。IB电流可在0.1mA至1mA范围内编程，影响功耗和噪声免疫力的平衡。
对于50米及以下的电缆，推荐设置IB = 0.5mA：使用1:1变压器和120欧姆端接电阻时，RB1 = 2.8k，RB2 = 1.2k。此设置可在CAT5双绞线上实现最长50米的可靠通信。
对于超过50米的电缆，推荐将IB增加至1mA：RB1 = 1.4k，RB2 = 604欧姆。更高的驱动电流补偿电缆插入损耗，维持足够的噪声免疫。
最大电缆长度 | IB | RB1 | RB2 | READY电流 |
100m | 1mA | 1.4k | 604 | 4.7mA |
50m | 0.5mA | 2.8k | 1.21k | 3.2mA |
100m (75R) | 1mA | 1.62k | 374 | 4.7mA |
50m (75R) | 0.5mA | 3.24k | 750 | 3.2mA |
4.2 变压器选型
隔离栅通常使用1:1变压器或一对变压器实现。选择变压器时应注意以下参数：
• 磁化电感：50uH至350uH
• 匝数比：1:1或2:1
• 插入损耗：小于-1.5dB
• 隔离电压：根据系统要求选择（通常1000V-1500V RMS）
推荐选用带有共模扼流圈的变压器，可显著改善共模噪声抑制。10/100BaseTX以太网变压器因其低成本和良好性能，在此应用中表现优异。
4.3 上拉电阻与速率配置
MOSI和MISO为开漏输出，需要外部上拉电阻RPU。上升时间由RPU和负载电容决定。RPU必须足够小以确保建立和保持时间：
RPU < 50ns / CLOAD
例如，若总电容为25pF（包括10pF自身电容），则RPU应小于2k欧姆。如果无法满足此要求，应将SLOW引脚接高以使用慢速模式。
SLOW引脚仅在从模式下有效。主模式下SLOW设置不影响操作，建议将SLOW接GND。慢速模式下最小时钟周期tCLK为5us（200kHz），时序要求更加宽松。
五、与LTC6804配合使用的技巧
5.1 LTC6804系列概述
LTC6804是Analog Devices推出的多节电池监控芯片，可同时监测多达12节串联电池的电压，并提供温度传感器接口和被动均衡功能。LTC6804分为两个版本：
• LTC6804-1：具有两个isoSPI端口（Port A和Port B），支持菊链式连接。Port B始终配置为主模式，Port A可为2线或4线从模式
• LTC6804-2：只有一个串口（Port A），可为2线或4线模式。支持多分支（multidrop）配置，通过地址引脚A0-A3进行器件寻址
LTC6804内置isoSPI接口，可直接与LTC6820通过双绞线连接，实现MCU与电池组之间的隔离通信。
6.2 硬件连接方案
多个LTC6804-1通过isoSPI端口首尾相连形成菊链。MCU端使用一个LTC6820将SPI转换为isoSPI信号，连接到第一个LTC6804-1的Port A。第一个LTC6804-1的Port B连接到第二个的Port A，依此类推。菊链末端设备的Port B应通过100欧姆电阻端接。
菊链方案的优势在于只需要一个LTC6820即可连接多个LTC6804-1，简化了MCU侧的硬件设计。但需要注意通信延迟会随菊链长度增加。
LTC6820与LTC6804典型应用
6.3 通信配置要点
LTC6820与LTC6804配合使用时，需注意以下配置要点：
• SPI模式设置：LTC6804使用SPI Mode 3，因此LTC6820的POL和PHA引脚都应接高电平
• 偏置电阻匹配：LTC6804的IBIAS推荐电阻为806欧姆（从VREG引脚），对应的ICMP电阻为1.21k欧姆。MCU侧的LTC6820应使用匹配的偏置设置
• 上拉电阻选择：MOSI和MISO引脚需要2k-10k欧姆的上拉电阻至VDDS。推荐使用2k欧姆以确保快速上升时间
• 端接电阻：在双绞线两端各放置120欧姆端接电阻，与CAT5电缆的100欧姆特性阻抗匹配
• 唤醒时序：首次通信前确保足够的唤醒时间（>2 x tREADY，约16us）
6.4 常见问题排查
• 通信失败，读取不到数据：检查SPI模式是否为Mode 3；确认偏置电阻值是否正确；测量IP/IM上是否有差分信号；验证变压器连接方向
• 通信偶尔出错：增加IB电流以提高噪声免疫；检查端接电阻是否匹配；缩短电缆长度；增加共模扼流圈
• 功耗过高：确认EN引脚为低以启用IDLE模式；检查是否有持续CS低电平导致芯片无法休眠；适当降低IB电流
• 长电缆通信不稳定：将IB增加至1mA；使用更大磁化电感的变压器；降低SPI时钟频率；启用SLOW模式
• 多分支系统中部分设备无响应：检查各分支长度是否过长；确认地址设置是否正确；验证未寻址设备的SDO是否保持高电平。
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BMS电池管理系统LTC6820隔离通信接口芯片
