I2C总线通信，为什么要进行电气隔离？

双向二线制的I2C同步串行总线仅需两根线（数据线SDA、时钟线SCL）即可在一个主机与多个从机（一主多从）或多个主机与多个从机（多主多从）之间进行快速、可靠的数据交互，支持互连多个设备，实现多种数据的传输，具有电路设计简单、成本可控与易于实现等优势，已被广泛应用于板内或板间IC之间的短距离通信场合中。

I2C总线结构示意图

通常，在采用I2C总线通讯的板内电路中，各功能IC一般共享同一电源系统且走线距离极短，因此地电位差极小，不存在板间通信常见的接地环路与噪声干扰等问题，亦不需要进行电气隔离。

然而，无论是板内还是板间电路，当I2C总线中要进行通信的节点落在不同等级的电压域中时，则需要添加电气隔离措施把I2C主机与一个或多个从机隔离开来，以增强总线的抗干扰能力，解决噪声、接地与安全等问题，并同时满足行业的安规要求。

I2C总线通信中，电气隔离优势有哪些？

例如，在一些系统功能复杂、存在不同电压域、需要多个独立模块的嵌入式系统中，主控处理器需实时与系统中的传感器、EEPROM存储器与驱动器等多个独立模块进行I2C板间通信。

而在对主控处理器与独立模块间采取电气隔离措施后，不仅能隔断外部功率器件开关过程中所产生的噪声传导路径，提升传感器采样精度，还能消除接地环路引起的接地环流，增强系统容错能力，实现电路的热插拔应用，从而显著提升多模块协同工作场景下的数据传输完整性与系统运行安全性。

此外，在采用I2C总线的板内通信系统中，传感器在采集温度、电流等微弱信号时，若是存在高精度的ADC/DAC转换器，为避免电源串扰及微处理器噪声对高精度模拟电路产生干扰，亦需在微处理器和高精度ADC/DAC转换器之间采取电气隔离措施，以避免对系统的测量精度造成影响。

CMT810X，高可靠性双向I2C数字隔离器

I2C数字隔离器作为一种专用于隔离I2C总线通信的集成电路器件，其核心价值是确保I2C协议兼容性与信号完整性的前提下，实现两个电气系统之间的电气隔离，阻断它们之间的直接电流通路，同时保证I2C通信信号（时钟SCL和数据SDA）的正常传输。

例如，华普微自主研发的CMT810x就是一系列基于电容式隔离栅技术的高可靠性双向I2C数字隔离器，如下图所示，它们外围电路简单，只需要双端电源供电及在I2C通信引脚连接上拉电阻满足芯片的开漏驱动即可实现对I2C总线的隔离。

CMT810x系列I2C数字隔离器为符合AEC-Q100 标准，UL1577安规，支持多种电气隔离耐压（3.75 kVrms、5 kVrms）；同时能在低功耗条件下提供高电磁抗扰度和低辐射的性能。

CMT810X系列I2C数字隔离器的I2C时钟高达2MHz，共模瞬态抗扰度 (CMTI) 高达150kV/us。CMT810X系列器件的宽电源电压支持直接连接大多数数字接口，平稳实现电平转换。其高系统级EMC性能还能增强设备的可靠性和稳定性。

CMT810X系列器件内部的I2C接口被分成两个单向通道，每个通道通过一个专用的电容隔离通道在相反的方向上进行通信。数字信号由发射端内部振荡器产生的射频载波进行调制，而后通过电容隔离栅传输并在接收器侧解调。

如上图所示，CMT8100N/WH是用于时钟和数据线的高可靠性双通道双向隔离器；CMT8101N/WH为具有双向数据和单向时钟通道的隔离器。 CMT8100N/WH适用于多主机应用，而CMT8101N/WH适用于单主机应用。

CMT810X系列器件的Side2逻辑电平为标准I2C值，两侧最大负载≤400pF。因此，通过Side2引脚连接到总线的多个CMT810X设备可以相互通信，也可与其他I2C兼容设备进行通信。

CMT810X系列器件的Side1逻辑电平不是I2C标准值。CMT810X的输出低电平为650mV，而低电平输出电压到高电平输入电压的阈值为50mV，这样可以防止Side1的输出逻辑低电平被传输回Side2并拉低I2C总线。

展望未来，随着工业通信与物联网产业的快速发展，I2C数字隔离器作为保障I2C总线通信质量及其安全运行的重要元器件之一，将会朝着更高集成度、更高可靠性与更优性能的方向持续演进，并迎来更加广阔的发展空间。