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厳しいノイズ環境下で100mまで 延長可能な絶縁型SPIコントローラ

厳しいノイズ環境下で100mまで 延長可能な絶縁型SPIコントローラ

"LTC6820"は アナログ・デバイセズ社 が提供しているisoSPI絶縁型通信インタフェースです。
LTC6820は、2つの絶縁されたデバイス間で1本のより対線による接続を介して双方向のSPI通信を実現します。

このデバイスを搭載し、汎用のトランスを置くだけで、開発工数をかけずにノイズに強い差動通信と絶縁通信を同時に実現することが 可能です。これにより、従来の絶縁型 RS485 等で必要だった絶縁電源やフォト カプラが不要になるため、コストが削減され、産業計測機器のインターフェースに最適な製品です。

この記事では、LTC6820の以下の特長について解説します。

  1. SPIインターフェースをソフトウェア変更なしに 簡単に絶縁差動変換
  2. 汎用トランスと汎用ツイストペアケーブルで、高ノイズ環境下でも100m通信可能
  3. 絶縁電源、フォトカプラ、フォーマット変換不要のため、コストを低減

1. SPIインターフェースを ソフトウェア変更なしに 簡単に絶縁差動変換

LTC6820は、ロジックの状態を信号に符号化し、その信号 を絶縁障壁を越えて別のLTC6820に伝送します。

受信側の LTC6820は、伝送信号を復号し、スレーブ・バスを該当のロジック状態に駆動します。レシーバ内の高精度ウィンドウ・コンパレータが差動信号を検出します。駆動電流とコンパレータのしきい値は簡素な外付け抵抗分割器で設定するので、必要なケーブル長と目的の信号対ノイズ比性能に合わせてシステムを最適化できます。

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ブロック図

2. 汎用トランスと汎用ツイストペアケーブルで、高ノイズ環境下でも100m通信可能

絶縁障壁は簡素なパルス・トランスでブリッジを構成して、数百Vの絶縁を達成できます。

LTC6820は、整合したシンク電流およびソース電流を使用して差動信号を駆動するので、トランスの中間タップが不要であり、EMIが低減されます。

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標準的応用例

3. 絶縁電源、フォトカプラ、フォーマット変更不要のため、コストを低減

絶縁型RS485と比較しケーブル本数、絶縁電源やフォトカプラが削減されるため、 システム構成がシンプルになり、コストも低減されます。

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RS-485 との比較

センサーとMCUが同一基板上に搭載の場合、SPIやI2Cなどのシリアル・インタフェースが良く使われます。

しかし、センサと制御系の基板同士が十分に離れている状態(1m以上)においては、センサー基板のデータを制御基板のMCU等に伝えるためにUART/RS485などのインタフェースを使うのがポピュラーな手段ですが、そのためにはセンサの持つインタフェース(SPI/I2C)をMCU等によってUART/RS485等にフォーマット変換する必要があるります。

LT6820を使用すれば他のインタフェースにフォーマット変換することなく、SPIデータを引き回すことが出来ます。

すぐに評価を開始できる "DC1941D" 評価キット

DC1941D評価キットを利用して、すぐにLTC6820の評価を行うことができます。

DC1941Dはジャンパーの設定でマスター/スレーブを選択できます。
イーサネットケーブルで2つのDC1941Dを接続することでSPI通信が可能になります。

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"DC1941D" 評価キット

この評価ボードには14ピンのリボンケーブル用コネクターが用意されており、別の評価ボードと接続し評価を行うことが可能です。

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DC1941D を2台使用して絶縁された LTC2983 を動かす

また、DC1907A評価キット (isoSPI2-Wire Serial Analyzer) を使用することでマスタ/スレーブ間のSPI通信をモニタすることが可能です。

DC1941DのSPI出力をDC1907Aに接続し、DC1907AをUSBでPCに接続することで、DC1907A用のアプリケーションを利用したSPI通信の解析が可能になります。


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DC1907Aを接続し、Master ⇔ Slave 間のSPI通信をモニタ

アプリケーション例

  • SPIインタフェースを持つセンサ搭載のシステム
  • 産業用ネットワーク通信
  • バッテリ・モニタ・システム
  • リモート・センサ

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アプリケーション例

製品概要

型  名 LTC6820
特  長
  • 1Mbpsの絶縁型SPIデータ通信
  • 標準トランスを使用したシンプルな電気的絶縁
  • 1本のより対線による双方向インタフェース
  • 最大100メートルのケーブル長をサポート
  • EMIの影響をきわめて受けにくくEMIの放射が非常に少ない
  • ノイズ排除性が高く低消費電力の構成が可能
  • ISO26262準拠システムに対応した設計
  • ほとんどのSPIシステムでソフトウェア変更不要
  • 超低アイドル電流:2μA
  • 自動起動検出
  • 動作温度範囲:-40℃~125℃
  • 電源電圧:2.7V~5.5V
  • 1.7V~5.5Vのすべてのロジックにインタフェース
  • 16ピンQFNパッケージおよびMSOPパッケージで供給可能


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