I2C总线是一种由PHILIPS公司在八十年代设计开发的两线式串行总线，主要用于连接整体电路，如微控制器及其外围设备，电路中各模块的连接等。该总 线使用信号线少，并具有自动寻址、多主机时钟同步和仲裁等功能，因而在各类实际应用中得到广泛的应用。多用于电源控制器，ADC，DAC，EEPROM 以及其他器件的通信传输。在很多传感器设备，数据采集和电源控制系统中，必须把 I2C主设备与一个或多个从设备隔离开来，以解决噪声干扰、接地环路电流和系统安全等问题。

本设计采用ADI公司基于磁隔离技术的双向数字隔离器ADuM1250，以实现电路最简单，成本最节省，设计时间最短的高效I2C双向通信总线隔离方案。

传统的光耦合器隔离方案，隔离双向信号的唯一办法是缓冲并隔离发射与接收信号，隔离一路双向信号则至少需要两个光耦合器以及外部的分立元件（图1），若要 实现信号和时钟完全隔离的电路设计则需要四路光耦合器来实现。这就增加了成本与电路板空间，并且需要采用大量的额外分立元件，增加了电路设计的复杂性，导 致开发时间的延长和电路性能的不稳定。



图1，实现其中一路双向信号隔离需两路光耦及若干分立元件

而磁隔离技术内部采用芯片级微型变压器，变压器可以沿着两个方向传输数据，因此，磁隔离技术是隔离I2C、PMBus以 及SMBus等双向总线的理想选择。基于磁隔离技术的真正双向特性，使得ADuM1250隔离器与其他隔离方案截然不同。利用磁隔离技术，仅用一个小型 SOIC－8封装的集成电路，就可以取代采用光耦合器隔离的繁杂电路设计，从而实现对隔离成本较敏感的双向总线隔离方案。

ADuM1250是业界第一款真正的双向数字隔离器（图2），可以用来隔离成本敏感的双线总线，诸如 I2C、SMBus以及PMBus等。ADuM1250消除了先前隔离I2C接口需要的光耦合器与支持电路，使电路板空间减少80%，实现了隔离I2C的 最低成本方案。

ADuM1250工作温度105℃，具有热插拔功能，支持的最高数据速率是1 Mbps，提供2.5KVrms／min的隔离电压。由于不需要额外元件而且所有的缓存与信号调节都集成在一个封装内部，因此，ADuM1250降低的设计复杂性并缩短研发时间。



图2，双向数字隔离器ADuM1250内部框图

采用ADuM1250的双向通信总线隔离电路非常简单，ADuM1250只需要在电路两侧分别接一个0.1uF的去耦电容。而SDA和SCL总线上则根据I2C总线规则连接上拉电阻到VDD。



图3，ADuM1250外部连接图

由于I2C接口采用漏极开路，因此I2C设备接口本身只输出低电平，无法主动输出高电平，只能通过外部上拉电阻将信号线拉至高电平，根据I2C总线规则， 上拉电阻是必须的。一般来说，上拉电阻不宜过小，通常不低于1K欧姆，若上拉电阻阻值过小，VDD灌入端口的电流就会偏大，这会导致端口输出的低电平值增 大，而I2C协议规定端口输出低电平的最高允许值为0.4V。且灌入端口的电流过大，还可能损坏端口。同样，上拉电阻也不能选择的过大，通常不高于10K 欧姆，由于电源通过上拉电阻对总线上的负载电容充放电，若上拉电阻过大，则会使RC充电时间常数过大，使得信号上升沿变化缓慢，达不到数据传输的要求。

通常情况下，SDA和SCL上所接的上拉电阻的阻值是相同的，并上拉到相同的电源上。

去耦电容应与ADuM1250的电源引脚尽量靠近，之间的距离不要超过20mm。

采用ADuM1250可以很简单的构成I2C总线电路，如下图：



上图电路是多个I2C总线设备通过ADuM1250磁隔离器相连接。其中，左侧每个I2C设备都有各自的独立电源和地。而右侧则全部连接到I2C总线上，采用统一的电源和地。