Analogtipp Komplett isolierte I²C/PMBus- Datenschnittstellen entwickeln

Eine Schlüsselanforderung für Industrie-, Messtechnik-, Telekommunikations- und Medizintechnik-Anwendungen ist eine zuverlässige Schnittstelle zur Übertragung von Daten. Integrierte Lösungen bieten eine Reihe von Vorteilen gegenüber diskreten Aufbauten.

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ROHM Semiconductor GmbH

Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

Vishay Intertechnology, Inc. C/- Vishay Europe Sales GmbH

Analog Devices

Beim I²C-Bus (Inter-Integrated Circuit) handelt es sich um einen bidirektionalen Zweidraht-Bus, der für die Kommunikation zwischen integrierten Schaltkreisen mit niedriger Geschwindigkeit verwendet wird. Der Power Management Bus (PMBus), ein relativ langsames Zweidraht-Kommunikationsprotokoll, basiert auf dem I²C-Bus. Er eignet sich zum digitalen Management von Stromversorgungen. Der PMBus nutzt ein digitales Power-Management-Protokoll auf der Basis eines offenen Standards, das die Kommunikation mit einer Stromversorgung oder anderen angeschlossenen Geräten ermöglicht.

Beispiele für isolierte I²C-Anwendungen sind:

• Isolierte I²C-, SMBus- oder PMBus-Schnittstellen,

• Netzwerk- und Central-Office-Switching,

• I²C-Schnittstellen mit Pegelanpassung für Stromversorgungen,

• Power-over-Ethernet,

• Telekommunikations- und Datenkommunikationsequipment,

• Isolierte Datenerfassungssysteme,

• Verteilte −48V-Versorgungssysteme und Module.

Duale I²C-Isolatoren mit integriertem DC/DC-Wandler

In Bild 1 ist die PMBus-Isolation, bestehend aus diskreten Bauteilen, und eine komplett integrierte Lösung im Vergleich zu sehen. Für das diskrete Konzept sind vier Optokoppler zur Isolation, eine isolierte Stromversorgung und komplexe Analogschalt­kreise erforderlich, um Latch-Effekte zu verhindern und Glitches zu unterdrücken. Die isolierte Stromversorgung nutzt einen Transformator-Treiber-IC zum Treiben eines diskreten Transformators zusammen mit einem einfachen Gleichrichter und einem Spannungsregler mit geringem Spannungsabfall, um die isolierte Versorgungsspannung zu „säubern“.

Diese Entwicklung verlangt acht ICs und mehrere passive Bauteile. Sie treibt die Kosten für die Schnittstelle in die Höhe, benötigt mehr Platz auf der Leiterplatte und reduziert die Zuverlässigkeit. Die integrierte Lösung (ADM3260) gibt Entwicklern eine komplett isolierte bidirektionale I²C-Schnittstelle und isolierte Leistung in Form eines einzigen IC in die Hand. Außerdem enthält sie die zu I²C-Schnittstellen gehörenden Entkopplungskondensatoren und Pull-up-Widerstände.

Keine Glitch- und Lock-up-Probleme

Der ADM3260 hat keine Glitch- und Lock-up-Probleme, bietet eine UL-zugelassene Isolation von 2,5 kV_eff und kommt im 20-poligen SSOP-Gehäuse. Das Bauteil verfügt über bidirektionale isolierte Daten- und Taktleitungen sowie über galvanisch getrennte Versorgungsleitungen. Ferner lassen sich beim Einsatz des Bauteils von Optokopplern her bekannte Probleme hinsichtlich Platzbedarf, Kosten und Komplexität vermeiden.

Diese Einchip-Lösung reduziert die Kosten zum Aufbau einer isolierten I²C-Schnittstelle, verkürzt die Entwicklungszeit und spart Platz auf der Leiterplatte. Zugleich profitieren Anwender von einer höheren Zuverlässigkeit. Die Lösung arbeitet an 3,3- oder 5-V-Versorgungen ohne Modifikationen und vermeidet somit die Entwicklungsänderungen, die bei einer diskreten Entwicklung erforderlich wären.

Ferner bietet die Lösung eine Ausgangsleistung von 150 mW bei 5 V oder 65 mW bei 3,3 V. Somit lassen sich A/D-Wandler, D/A-Wandler oder andere kleine Systeme auf der isolierten Seite versorgen.

Fazit

Isolierte I²C/PMBus-Verbindungen in Industrie-, Messtechnik-, Telekommunikations- und Medizintechnik-Anwendungen müssen klein, robust und preiswert sein. Durch die Integration transformatorischer Isolation auf Chip-Ebene lässt sich eine vollständige I²C/PMBus-Datenverbindung inklusive isolierter Stromversorgung in eine Einchip-Lösung implementieren.

Der im Betrieb austauschbare (Hot Swappable) zweikanalige I²C-Isolator ADM3260 mit integriertem DC/DC-Wandler ist eine kompakte, zuverlässige, leistungsstarke und kostengünstige Lösung für diese anspruchsvollen Anwendungen. Zugleich reduziert das Bauteil die Schaltungskomplexität und die Entwicklungszeit signifikant.

* Maurice O’Brien arbeitet er als Produkt-Marketing-Manager in der Power Management Produktlinie bei Analog Devices in Limerick / Irland.

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