一、概述

        Chipways 的 XL8820 是車規級 SPI 隔離式通信接口晶片，可將 SPI 信號轉換成差分信號（isoSPI），通過長達 100 米的雙絞線連接，通訊速率可以達到 2Mbps。XL8820 支持雙向通訊，在 SPI 通訊中，既可以作為主機（Master），又可以作為從機（Slave）。具有 2uA 的超低待機電流。並且 XL8820 專門針對符合 ISO26262 標準的系統進行設計。在新能源汽車、儲能電站等領域有著廣泛的應用。

       世平集團在汽車 HVBMS 方案中應用 XL8820 搭配 AFE XL8816 做電池電壓、溫度採集。

       下面向大家介紹 XL8820 的硬體設計過程中需要注意的問題。


二、XL8820 的典型電路原理圖

圖 1. XL8820 典型電路原理圖

從上圖可以看出，XL8820 的硬體電路有如下幾個特點：

• 電源 VDDS 用作 SPI 通訊的參考電平，VDDS 的電壓可以與 VDD 相同，也可以比 VDD 的電壓高或者低。如此做法，增加了 SPI 通訊的魯棒性，能適配各種工作電壓的 MCU。VDD 的電壓範圍：7V~5.5V，VDDS 的電壓範圍：1.7V~5.5V。因此，與 XL8820 通訊的 MCU 的 SPI 電平範圍：1.7V~5.5V。
• XL8820 的 Pin6（POL）和 Pin7（PHA）可以設置 XL8820 的 SPI 的極性和相位。這一點也增加了 SPI 通訊的魯棒性。
• XL8820 的 Pin11（MSTR），用於設置 SPI 接口的主/從。如前所述，XL8820 支持雙向通信，就是通過 MSTR 這個管腳來設置的。如果 XL8820 作為從機，則 MSTR 接 VDD，如果 XL8820 作為主機，則 MSTR 接 GND。
• XL8820 的 Pin12（SLOW）：當 MSTR 接 GND，XL8820 作為主機，可以通過 SLOW 管腳設置成慢速接口。

當從機時鐘頻率等於或低於 200KHz 時，抑或從機不能滿足定時要求時，SLOW 接 VDD。

當從機時鐘頻率高於 200KHz 時，SLOW 接 GND。

• XL8820 的 Pin16（EN），用於使能內部待機模式功能。

當 EN接 VDD，則將強制 XL8820 保持工作狀態，屏蔽內部待機模式功能。

        當 EN 接 GND，則 XL8820 將在 CS 管腳持續 5.7ms 高電平（MSTR接高電平）之後，或者 IP/IM 管腳持續 5.7ms 無信號（MSTR 接低電平）之後，進入待機模式。在 CS 下降（MSTR 接高電平）之後，或者 IP/IM 管腳上檢測到一個信號（MSTR 接低電平）之後，XL8820 將在 8us 之內被喚醒。

• XL8820 的 Pin14（ICMP），用於設置內部隔離式接口比較器的電壓閾值。比較器閾值為 ICMP 管腳電壓的 1/2。
• XL8820 的 Pin15（IBIAS），用於設置內部隔離式接口偏置電流。

三、偏置電阻值的選擇

        XL8820 的差分信號發送器是一個電流調節型差分驅動器。電壓幅度由驅動電流和等效阻性負載決定。差分信號的接收器包括一個具差分電壓門限 VTCMP 的窗口比較器。

        發送器驅動電流和比較器電壓門限由一個位於 IBIAS 引腳和 GND 之間的電阻分壓決定，並將經過分壓的電壓連接至 ICMP 引腳。XL8820 工作時，IBIAS 保持在 2V 電壓下。IP 和 IM 引腳驅動電流為 IBIAS 引腳輸出電流（IB）的 20 倍。比較器門限是 ICMP 引腳電壓（VICMP）的一半。

如圖 1 所示，IBIAS 引腳和 GND 之間的電阻值 RBIAS=R1 + R2。

取 R1 = 806Ω， R2 = 1.21K，則：

IB = 2V ÷ ( R1 + R2 ) = 0.992mA，

則 IP/IM 的驅動電流：

IDRV = IB × 20 = 19.8mA。

VICMP = 2V × [ R2 ÷ ( R1 + R2 ) ] = 1.2V，

則 比較器的門限電壓：VICMP ÷ 2 = 0.6V。

如果忽略變壓器和電纜損耗，取終端電阻 RM（R5+R6）為 100Ω，隔離變壓器是 1:1，則發送差分信號的幅度 VA 為：

VA = IDRV * RM ÷ 2 = 0.992V

綜上，可以通過調整圖 1 的偏置電阻 R1 和 R2 阻值，來調整差分信號線上的驅動電流、比較器門限電壓、以及差分信號的幅度。



四、總結

        綜上所述，XL8820 作為 SPI 轉 isoSPI 信號的 IC，不僅具有 SPI 通訊的魯棒性，還能保證差分信號長距離傳輸的可靠性。在國產車規級產品中，具有很大的優勢。如果想了解更多，可以在下方評論區留言，或者發郵件給我們：atu.sh@wpi-group.com。

五、參考資料

1. Chipways XL8820 Datasheet。
2. XL8820-Q016-EVB V1.01 原理圖

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作者：May /徐美霞