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[参考译文] ISO1540:需要帮助:设计一个可处理长距离 I2C 温度传感器的接口

Guru**** 2439710 points
Other Parts Discussed in Thread: PCA9306, ISO1540, P82B96, P82B715, TCAN1042H, TCA9517

请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/isolation-group/isolation/f/isolation-forum/927416/iso1540-help-needed-design-an-interface-that-can-deal-with-long-distance-i2c-temperature-sensor

器件型号:ISO1540
主题中讨论的其他器件:PCA9306P82B96P82B715TCAN1042HTCA9517

大家好、我的一位客户有一些基于 HTU21温度和湿度传感器的传感器。

传感器使用全部4对供电和数据、每个对用于:VCC、GND、SCL 和 SDA。

实际上、这些传感器放置在噪声很大的工业环境中、远离主"控制器" 20/25m ...主控制器复用了许多 PCA9306、以启用正确的通道并进行测量、 这种方法毫无问题地工作。。我是 puzzled...becouse。CAT5e 电缆上的电缆长度产生的电容大约为1600pF。

无论如何、我已经从 Olimex 购买了 ESP32POE-ISO、并在 MCU 侧使用10k 电阻器上拉电阻器和总线侧使用330ohm 电阻器连接了 PCA9306的分线板:在我的实验室环境中、此解决方案有效、但当我在工业环境中"离开工作台"时、我无法读取任何内容。

实际上、我不知道我可以做什么来完成这项工作:"旧"网关具有与新网关相同的 I2C 接口、但电源管理除外: 旧模块使用 POE PD 提取模块(来自 Informart 的 PEM1305)、新的 Olimex ESP32-POE-ISO 使用 SI3402来操作电源提取。

您认为在 PCA9306的总线侧放置 ISO1540可以帮助我解决该问题吗?

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    如果没有隔离式电源、则隔离信号毫无意义。

    I²C 不是为这种电缆设计的。 您需要更强大的缓冲器、如 P82B715或 P82B96。

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    尊敬的 Virt:

    典型的 I2C 驱动器设计用于驱动由 PCB 迹线和其他 IC 引脚呈现的容性负载(I2C 规定标准和快速模式的最大电容为400pF、大多数器件在驱动负载时会很难超过此值) -此类设备将无法正确驱动长电缆。 P82B715和 P82B96等一些非典型器件被设计成吸收更高的电流、并且能够在更高的电容负载和电缆上驱动 I2C 信号。 虽然这会增加系统的工作距离、但不会显著改善噪声抑制。 对于特别嘈杂的环境、也许值得考虑一个解决方案、此解决方案能够将 I2C 信号转换为一个差分信号以在电缆上传输。 您可以找到一个参考设计、该设计介绍了如何使用 CAN 协议实现这一点。 通过 CAN 切换到传输将改善 EMI 抑制、降低功耗并适应电路板之间的接地电势差。  

    I2C 范围扩展参考设计:具有 CAN 的 I2C

    由于您的系统中似乎没有隔离电源、因此这似乎不是设计的一项要求。 如果需要、可以使用隔离式 CAN 收发器代替参考设计中的 TCAN1042H、并使用一种提供隔离式电源的方法。  

    如果您有任何疑问、请告诉我。

    此致、
    Eric

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    非常感谢 Eric、我非常感谢您的回答、我知道 I2C 不是用于这些规格、但在我的情况下、我必须遵循两个项目限制:
    -重复使用旧传感器(70+)
    我不必更改已安装的任何内容  
    在这两个规格下、我不知道该怎么做...这是非常奇怪的:旧网关完美地工作、我不知道...所以我认为添加一些"隔离"将帮助我解决这个问题、但这似乎对我没有帮助。
    出于完整性考虑、这是我的接口的原理图:
    没什么特别的,很简单:没有别的了,也许我错过了什么?
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    那么、您认为 通过 ESP32-POE-ISO 使用 Wesp32 可以帮助我解决这个问题吗? 如果我不是错 Wesp32、它完全 符合 IEEE 802.3at 标准...

    使用 P82B715 P82B96等强缓冲 器的另一点是、它们需要同时放置在 MCU 侧和传感器侧:我的客户施加了一个限制:我不必修改网关的任何部分。

    ...我只能在 MCU 端使用什么东西?

    谢谢!

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    Q9发生了什么情况? 如果要禁用 PCA9306、请直接下拉 EN 引脚。

    ESP 是否能够驱动流经这些330 Ω 电阻的电流?

    旧网关与 μ I²C 总线有何作用? 可能只是使用低得多的频率。

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    尊敬的 Virt:

    感谢您澄清自己所面临的限制。 如果此板需要与其他需要正常 I2C 电平的板连接、则之前的解决方案看起来并不理想。  

    为了在不偏离 I2C 协议的情况下增加电流板的驱动功率、我建议将 PCA9306替换为 TCA9517等 I2C 缓冲器。 PCA9306仅是一款电平转换器、不会重新驱动信号、也不会隔离总线电容-因此 ESP32目前正在吸收电缆上的所有电流。 将 PCA9306替换为 TCA9517等缓冲器(使用 A 侧驱动电缆)将为 ESP32驱动器提供一些缓解措施、并防止较强的330欧姆上拉电阻向缓冲器的高负载侧提供电流。 该器件还具有一个使能引脚、可直接通过 GPO 引脚进行控制-无需200k Ω 电阻器。  

    您能否分享当前设计与通过测试的设计之间的差异? 如果需要、如果您不希望在公共论坛上发布、则可以直接通过电子邮件共享。 您可以通过单击我的 E2E 名称来查找我的电子邮件。

    无论怎样,请告诉我,上述建议是否听起来是一个更有希望的解决方案。

    此致、
    Eric

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    感谢 Eric、我已经写信给您、以便验证建议的设计并进行批准!

    谢谢!

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    尊敬的 Virt 应用:

    很抱歉、Eric 本周已不在办公室、我将在这段时间为他介绍这条线。 我是隔离团队的同事之一--请接受我的请求,将您正在考虑的设计与我联系并向我发送个人信息,以便我们可以继续审批。


    谢谢、
    Manuel Chavez

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    感谢 Manuel、

    我看到您在电子邮件主题(CC)上、让我们通过电子邮件进行更新!

    非常感谢!

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    尊敬的 Virt 应用:

    我们将通过电子邮件继续此对话、我们将在收到更新和解决方案后发布这些更新和解决方案。


    谢谢、
    Manuel Chavez

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    电路板修订版使用 TCA9517 A 侧来重新驱动电缆上的信号。 电缆侧上的1.5 k Ω 上拉电阻似乎满足27米电缆系统的上升时间要求。 正在努力进一步降低 PCB 布局上的总线电容、以确保在完全实现后继续满足此要求。

    目前、我们正在监控串扰(可能是由于长电缆)带来的潜在问题、但测试迄今已成功实现通信。  

    我现在将关闭此主题、但如果我们的离线通信中存在其他主题相关信息/解决方案、我将发布更新。  

    此致、
    Eric