一、概述

        Chipways 的 XL8820 是车规级 SPI 隔离式通信接口芯片，可将 SPI 信号转换成差分信号（isoSPI），通过长达 100 米的双绞线连接，通讯速率可以达到 2Mbps。XL8820 支持双向通讯，在 SPI 通讯中，既可以作为主机（Master），又可以作为从机（Slave）。具有 2uA 的超低待机电流。并且 XL8820 专门针对符合 ISO26262 标准的系统进行设计。在新能源汽车、储能电站等领域有着广泛的应用。

       世平集团在汽车 HVBMS 方案中应用 XL8820 搭配 AFE XL8816 做电池电压、温度采集。

       下面向大家介绍 XL8820 的硬件设计过程中需要注意的问题。


二、XL8820 的典型电路原理图

图 1. XL8820 典型电路原理图

从上图可以看出，XL8820 的硬件电路有如下几个特点：

• 电源 VDDS 用作 SPI 通讯的参考电平，VDDS 的电压可以与 VDD 相同，也可以比 VDD 的电压高或者低。如此做法，增加了 SPI 通讯的鲁棒性，能适配各种工作电压的 MCU。VDD 的电压范围：7V~5.5V，VDDS 的电压范围：1.7V~5.5V。因此，与 XL8820 通讯的 MCU 的 SPI 电平范围：1.7V~5.5V。
• XL8820 的 Pin6（POL）和 Pin7（PHA）可以设置 XL8820 的 SPI 的极性和相位。这一点也增加了 SPI 通讯的鲁棒性。
• XL8820 的 Pin11（MSTR），用于设置 SPI 接口的主/从。如前所述，XL8820 支持双向通信，就是通过 MSTR 这个管脚来设置的。如果 XL8820 作为从机，则 MSTR 接 VDD，如果 XL8820 作为主机，则 MSTR 接 GND。
• XL8820 的 Pin12（SLOW）：当 MSTR 接 GND，XL8820 作为主机，可以通过 SLOW 管脚设置成慢速接口。

当从机时钟频率等于或低于 200KHz 时，抑或从机不能满足定时要求时，SLOW 接 VDD。

当从机时钟频率高于 200KHz 时，SLOW 接 GND。

• XL8820 的 Pin16（EN），用于使能内部待机模式功能。

当 EN接 VDD，则将强制 XL8820 保持工作状态，屏蔽内部待机模式功能。

        当 EN 接 GND，则 XL8820 将在 CS 管脚持续 5.7ms 高电平（MSTR接高电平）之后，或者 IP/IM 管脚持续 5.7ms 无信号（MSTR 接低电平）之后，进入待机模式。在 CS 下降（MSTR 接高电平）之后，或者 IP/IM 管脚上检测到一个信号（MSTR 接低电平）之后，XL8820 将在 8us 之内被唤醒。

• XL8820 的 Pin14（ICMP），用于设置内部隔离式接口比较器的电压阈值。比较器阈值为 ICMP 管脚电压的 1/2。
• XL8820 的 Pin15（IBIAS），用于设置内部隔离式接口偏置电流。

三、偏置电阻值的选择

        XL8820 的差分信号发送器是一个电流调节型差分驱动器。电压幅度由驱动电流和等效阻性负载决定。差分信号的接收器包括一个具差分电压门限 VTCMP 的窗口比较器。

        发送器驱动电流和比较器电压门限由一个位于 IBIAS 引脚和 GND 之间的电阻分压决定，并将经过分压的电压连接至 ICMP 引脚。XL8820 工作时，IBIAS 保持在 2V 电压下。IP 和 IM 引脚驱动电流为 IBIAS 引脚输出电流（IB）的 20 倍。比较器门限是 ICMP 引脚电压（VICMP）的一半。

如图 1 所示，IBIAS 引脚和 GND 之间的电阻值 RBIAS=R1 + R2。

取 R1 = 806Ω， R2 = 1.21K，则：

IB = 2V ÷ ( R1 + R2 ) = 0.992mA，

则 IP/IM 的驱动电流：

IDRV = IB × 20 = 19.8mA。

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

则 比较器的门限电压：VICMP ÷ 2 = 0.6V。

如果忽略变压器和电缆损耗，取终端电阻 RM（R5+R6）为 100Ω，隔离变压器是 1:1，则发送差分信号的幅度 VA 为：

VA = IDRV * RM ÷ 2 = 0.992V

综上，可以通过调整图 1 的偏置电阻 R1 和 R2 阻值，来调整差分信号线上的驱动电流、比较器门限电压、以及差分信号的幅度。



四、总结

        综上所述，XL8820 作为 SPI 转 isoSPI 信号的 IC，不仅具有 SPI 通讯的鲁棒性，还能保证差分信号长距离传输的可靠性。在国产车规级产品中，具有很大的优势。如果想了解更多，可以在下方评论区留言，或者发邮件给我们：atu.sh@wpi-group.com。

五、参考资料

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

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作者：May /徐美霞