雙向二線制的I2C同步串行總線僅需兩根線（數據線SDA、時鐘線SCL）即可在一個主機與多個從機（一主多從）或多個主機與多個從機（多主多從）之間進行快速、可靠的數據交互，支持互連多個設備，實現多種數據的傳輸，具有電路設計簡單、成本可控與易于實現等優(yōu)勢，已被廣泛應用于板內或板間IC之間的短距離通信場合中。

I2C總線結構示意圖

通常，在采用I2C總線通訊的板內電路中，各功能IC一般共享同一電源系統且走線距離極短，因此地電位差極小，不存在板間通信常見的接地環(huán)路與噪聲干擾等問題，亦不需要進行電氣隔離。

然而，無論是板內還是板間電路，當I2C總線中要進行通信的節(jié)點落在不同等級的電壓域中時，則需要添加電氣隔離措施把I2C主機與一個或多個從機隔離開來，以增強總線的抗干擾能力，解決噪聲、接地與安全等問題，并同時滿足行業(yè)的安規(guī)要求。

I2C總線通信中，電氣隔離優(yōu)勢有哪些？

例如，在一些系統功能復雜、存在不同電壓域、需要多個獨立模塊的嵌入式系統中，主控處理器需實時與系統中的傳感器、EEPROM存儲器與驅動器等多個獨立模塊進行I2C板間通信。

而在對主控處理器與獨立模塊間采取電氣隔離措施后，不僅能隔斷外部功率器件開關過程中所產生的噪聲傳導路徑，提升傳感器采樣精度，還能消除接地環(huán)路引起的接地環(huán)流，增強系統容錯能力，實現電路的熱插拔應用，從而顯著提升多模塊協同工作場景下的數據傳輸完整性與系統運行安全性。

此外，在采用I2C總線的板內通信系統中，傳感器在采集溫度、電流等微弱信號時，若是存在高精度的ADC/DAC轉換器，為避免電源串擾及微處理器噪聲對高精度模擬電路產生干擾，亦需在微處理器和高精度ADC/DAC轉換器之間采取電氣隔離措施，以避免對系統的測量精度造成影響。

CMT810X，高可靠性雙向I2C數字隔離器

I2C數字隔離器作為一種專用于隔離I2C總線通信的集成電路器件，其核心價值是確保I2C協議兼容性與信號完整性的前提下，實現兩個電氣系統之間的電氣隔離，阻斷它們之間的直接電流通路，同時保證I2C通信信號（時鐘SCL和數據SDA）的正常傳輸。

例如，華普微自主研發(fā)的CMT810x就是一系列基于電容式隔離柵技術的高可靠性雙向I2C數字隔離器，如下圖所示，它們外圍電路簡單，只需要雙端電源供電及在I2C通信引腳連接上拉電阻滿足芯片的開漏驅動即可實現對I2C總線的隔離。

CMT810x系列I2C數字隔離器為符合AEC-Q100 標準，UL1577安規(guī)，支持多種電氣隔離耐壓（3.75 kVrms、5 kVrms）；同時能在低功耗條件下提供高電磁抗擾度和低輻射的性能。

CMT810X系列I2C數字隔離器的I2C時鐘高達2MHz，共模瞬態(tài)抗擾度 (CMTI) 高達150kV/us。CMT810X系列器件的寬電源電壓支持直接連接大多數數字接口，平穩(wěn)實現電平轉換。其高系統級EMC性能還能增強設備的可靠性和穩(wěn)定性。

CMT810X系列器件內部的I2C接口被分成兩個單向通道，每個通道通過一個專用的電容隔離通道在相反的方向上進行通信。數字信號由發(fā)射端內部振蕩器產生的射頻載波進行調制，而后通過電容隔離柵傳輸并在接收器側解調。

如上圖所示，CMT8100N/WH是用于時鐘和數據線的高可靠性雙通道雙向隔離器；CMT8101N/WH為具有雙向數據和單向時鐘通道的隔離器。 CMT8100N/WH適用于多主機應用，而CMT8101N/WH適用于單主機應用。

CMT810X系列器件的Side2邏輯電平為標準I2C值，兩側最大負載≤400pF。因此，通過Side2引腳連接到總線的多個CMT810X設備可以相互通信，也可與其他I2C兼容設備進行通信。

CMT810X系列器件的Side1邏輯電平不是I2C標準值。CMT810X的輸出低電平為650mV，而低電平輸出電壓到高電平輸入電壓的閾值為50mV，這樣可以防止Side1的輸出邏輯低電平被傳輸回Side2并拉低I2C總線。

展望未來，隨著工業(yè)通信與物聯網產業(yè)的快速發(fā)展，I2C數字隔離器作為保障I2C總線通信質量及其安全運行的重要元器件之一，將會朝著更高集成度、更高可靠性與更優(yōu)性能的方向持續(xù)演進，并迎來更加廣闊的發(fā)展空間。