Module SPI Isolator click Board MIKROE-2583 avec ADuM4154 (5kV) Images
Ce module Click Board intègre un cicruit ADuM4154 (5kV) qui vous permettra de protéger (d'isoler) les périphériques connectés sur le BUS SPI de votre microcontrôleur.
Le SPI Isolator Click (référence MIKROE-2583) est un module Click Board™ de MikroElektronika conçu pour ajouter une isolation galvanique complète à tout bus SPI. Basé sur le circuit intégré ADuM4154BRSZ d'Analog Devices, il exploite la technologie propriétaire iCoupler® à transformateurs chip scale pour garantir une séparation électrique robuste entre la partie commande et la partie terrain, sans perte de performance ni de vitesse. Avec une isolation jusqu'à 5000 Vrms et une fréquence SPI maximale de 17 MHz, ce module constitue une solution de prototypage pour protéger microcontrôleurs et systèmes embarqués dans des environnements soumis à des perturbations électriques élevées.
Spécifications visuelles du SPI Isolator Click — isolation galvanique SPI jusqu'à 5000 Vrms
(Infographie réalisée par IA)
Lorsque des périphériques SPI se trouvent dans des zones exposées à des tensions élevées, à des courants de fuite importants ou à des différences de potentiel de masse significatives, l'absence d'isolation galvanique peut conduire à des dysfonctionnements graves, voire à la destruction du système de contrôle. Le SPI Isolator Click répond à ce besoin en interposant une barrière d'isolation totale sur les lignes SPI.
La technologie iCoupler® d'Analog Devices se distingue des optocoupleurs traditionnels par ses performances supérieures : faible délai de propagation (14 ns maximum pour le grade B), absence de dégradation dans le temps liée à des LED, et meilleure immunité aux transitoires rapides. L'ADuM4154 intègre sept canaux d'isolation numériques dans un seul boîtier, dont quatre dédiés au multiplexage des signaux de sélection d'esclave (SS0 à SS3), pour connecter jusqu'à quatre périphériques SPI isolés simultanément depuis un seul hôte.
Le module Click Board™ intègre un cavalier VCC SEL pour sélectionner la tension de fonctionnement (3,3 V ou 5 V), le rendant compatible avec la quasi-totalité des microcontrôleurs modernes. Le connecteur côté isolé se présente sous la forme d'un bornier à vis adapté à un câblage industriel fiable. Le format compact (57,15 × 25,4 mm) et le connecteur mikroBUS™ standardisé facilitent l'intégration dans tout projet de développement rapide.
Le SPI Isolator Click repose sur le circuit intégré ADuM4154BRSZ d'Analog Devices, un isolateur numérique 7 canaux optimisé pour les interfaces SPI. Ce composant exploite la technologie iCoupler® à transformateurs chip scale, avec des performances nettement supérieures aux optocoupleurs classiques.
L'interface hôte utilise le protocole SPI 4 fils standard (MISO, MOSI, SCK, CS) via le connecteur mikroBUS™. La fréquence d'horloge SPI maximale est de 17 MHz, ce qui couvre la grande majorité des périphériques SPI du marché. Le délai de propagation maximal est de 14 ns pour les canaux de grade B, garantissant une latence minimale sur les lignes de données.
Le niveau d'isolation galvanique atteint 5000 Vrms. Le système de multiplexage de sélection d'esclave gère jusqu'à 4 esclaves SPI distincts via les signaux SS0, SS1, SS2 et SS3. La tension d'alimentation est sélectionnable par cavalier entre 3,3 V et 5 V (plage acceptée : 3 V à 5,5 V), assurant la compatibilité avec les logiques 3,3 V et 5 V.
Du côté isolé, les connexions sont disponibles sur un bornier à vis comprenant les signaux SCLK, SO (MISO), SI (MOSI) et SSS (Slave Select combiné), ainsi que les lignes d'alimentation VCC et GND. Les dimensions du module sont de 57,15 × 25,4 mm pour un poids d'environ 20 g. L'ADuM4154 intègre 7 canaux d'isolation numériques au total (4 dans un sens, 3 dans l'autre).
La mise en œuvre du SPI Isolator Click est directe grâce au format Click Board™ standardisé. Le module s'insère directement dans le socket mikroBUS™ de toute carte de développement MikroElektronika compatible (Curiosity, clicker 2, Fusion for ARM, etc.). L'interface SPI de la carte hôte est automatiquement connectée aux broches MISO, MOSI, SCK et CS du connecteur mikroBUS™.
Une fois le module inséré, la sélection de la tension de fonctionnement s'effectue en positionnant le cavalier VCC SEL sur la position 3,3 V ou 5 V selon le niveau logique de la carte hôte. Côté terrain, on raccorde les périphériques SPI à isoler sur le bornier à vis en connectant les signaux SCLK, SO, SI, et le signal de sélection d'esclave souhaité (SSS). Les lignes VCC et GND du bornier permettent d'alimenter les périphériques isolés depuis une source externe indépendante.
MikroElektronika met à disposition des bibliothèques de pilotes et des exemples d'application pour ses compilateurs mikroC, mikroBasic et mikroPascal, téléchargeables depuis la page produit officielle ou via les outils de développement MikroElektronika. Ces ressources permettent une intégration rapide du module dans tout projet embarqué, sans gestion manuelle des registres de l'ADuM4154, qui est par nature transparent sur le bus SPI.
L'ADuM4154 ne nécessite aucune configuration logicielle spécifique : il agit comme un répéteur SPI isolé totalement transparent. Le multiplexage des signaux SS est géré matériellement par le circuit intégré lui-même, ce qui simplifie l'intégration logicielle.
Pour un usage de prototypage, le SPI Isolator Click cible tous les concepteurs qui doivent relier des systèmes embarqués à des périphériques évoluant dans des environnements électriquement perturbés ou potentiellement dangereux.
Les automates programmables, les systèmes SCADA et les modules d'entrées-sorties industriels communiquent fréquemment via SPI avec des convertisseurs, des codeurs ou des modules de communication. Dans ces environnements, les câbles parcourent de longues distances et sont exposés à des parasites électromagnétiques importants. L'isolation galvanique du SPI Isolator Click protège les systèmes de contrôle contre les surtensions transitoires et les courants de mode commun.
Les onduleurs, les chargeurs de batteries et les systèmes de gestion de batteries (BMS) pour véhicules électriques ou stockage d'énergie nécessitent une isolation rigoureuse entre les circuits haute tension et les microcontrôleurs de supervision. Le SPI Isolator Click isole les convertisseurs de mesure de tension ou de courant opérant côté haute tension des circuits de commande basse tension.
Dans les calculateurs embarqués, les systèmes ADAS et les unités de contrôle moteur (ECU), l'isolation galvanique protège les circuits de traitement du signal contre les transitoires générés par le réseau électrique du véhicule (démarreur, alternateur, relais). Le niveau d'isolation de 5000 Vrms et la faible latence du module sont bien adaptés à ces contraintes.
Dans les installations domotiques avancées, notamment pour la gestion de l'éclairage, des volets roulants ou des systèmes d'alarme communicants, le SPI Isolator Click protège contre les différences de potentiel de masse entre bâtiments ou entre tableaux électriques distincts. Il sécurise les communications entre passerelles domotiques et capteurs répartis dans différentes zones de l'installation.
Les instruments de mesure de précision (analyseurs de spectre, multimètres numériques, enregistreurs de données) utilisent souvent des convertisseurs analogique-numérique haute résolution connectés en SPI. L'isolation galvanique du SPI Isolator Click élimine les boucles de masse qui dégradent la précision des mesures, tout en protégeant l'équipement lors de contacts accidentels avec des lignes sous tension.
Le SPI Isolator Click s'intègre nativement dans l'ensemble de l'écosystème MikroElektronika grâce à son connecteur mikroBUS™ standardisé. Toutes les cartes de développement équipées d'un ou plusieurs sockets mikroBUS™ sont immédiatement compatibles : Curiosity Nano Adapter, clicker 2 for PIC, Fusion for ARM v8, EasyPIC v8, Easy dsPIC5, EasyAVR v7, et bien d'autres.
L'ADuM4154BRSZ est compatible avec les niveaux logiques 3,3 V et 5 V sur la face hôte grâce au cavalier VCC SEL. Du côté isolé, l'alimentation externe peut varier de 3 V à 5,5 V, ce qui garantit la compatibilité avec des périphériques fonctionnant à des tensions variées — utile lors du prototypage de systèmes mixtes.
Le module étant totalement transparent au niveau protocolaire, il est compatible avec tous les modes SPI (mode 0, 1, 2, 3) et avec toutes les bibliothèques SPI existantes, qu'elles soient développées sous Arduino, MicroPython, C embarqué ou tout autre environnement de développement. Aucune modification du code applicatif n'est nécessaire lors de l'ajout du module dans la chaîne SPI.
Le SPI Isolator Click n'est pas réservé aux seules cartes équipées d'un socket mikroBUS™ natif. Grâce à un shield d'adaptation dédié, ce module Click Board™ devient compatible avec les plateformes les plus répandues dans le monde maker et éducatif.
Les cartes Arduino UNO et Arduino Mega 2560, le Teensy et le Raspberry Pi peuvent ainsi piloter ce module en quelques lignes de code. La carte micro:bit, qui fonctionne en logique 3,3V, est également compatible avec ce module. Le shield d'adaptation s'intercale entre la carte hôte et le Click Board™, assurant la correspondance des broches et des niveaux logiques.
SPI Isolator Click utilisable avec Arduino, Raspberry Pi et Teensy via un shield d'adaptation mikroBUS™
(Infographie réalisée par IA)
MikroElektronika publie des articles techniques et des notes d'application sur son blog officiel. L'article dédié au SPI Isolator Click, disponible sur blog.mikroe.com, détaille le fonctionnement de l'ADuM4154, les schémas de câblage et les cas d'utilisation typiques. La page produit officielle sur mikroe.com/spi-isolator-click centralise la documentation technique complète, incluant la schématique du module, les fichiers de conception et les bibliothèques de pilotes pour les IDE MikroElektronika.
La fiche technique complète de l'ADuM4154 est disponible directement sur le site d'Analog Devices (analog.com), fournissant toutes les caractéristiques électriques détaillées, les courbes de performance, les exigences de routage PCB. Pour les utilisateurs Arduino, la bibliothèque SPI standard suffit à piloter le module, l'ADuM4154 étant totalement transparent sur le bus. Des exemples de code et des discussions communautaires sont accessibles sur les forums Arduino et sur GitHub pour diverses configurations d'isolation SPI.
Analog Devices propose des notes d'application détaillant les meilleures pratiques de conception pour maximiser les performances d'isolation : respect des distances de sécurité sur le PCB, filtrage des alimentations des deux côtés de la barrière, et gestion des masses séparées.
L'isolation galvanique sépare électriquement deux circuits tout en permettant le transfert de signaux entre eux. Sur un bus SPI, elle protège le microcontrôleur hôte contre les surtensions, les différences de potentiel de masse et les courants de fuite provenant des périphériques connectés. Elle est requise dans les applications médicales, industrielles et de gestion de l'énergie où des tensions dangereuses peuvent être présentes côté terrain.
La technologie iCoupler® utilisée dans l'ADuM4154 repose sur des transformateurs intégrés en chip scale, contrairement aux optocoupleurs qui utilisent des diodes LED et des photorécepteurs. Les avantages sont concrets : délai de propagation bien plus faible (14 ns contre plusieurs centaines de ns pour un optocoupleur), pas de dégradation liée au vieillissement des LED, consommation énergétique réduite, et fréquence de commutation maximale de 17 MHz inaccessible aux optocoupleurs SPI courants.
Oui, le SPI Isolator Click gère jusqu'à quatre esclaves SPI distincts grâce au système de multiplexage de sélection d'esclave intégré dans l'ADuM4154. Les quatre signaux SS0, SS1, SS2 et SS3 sont combinés en un seul signal SSS sur le bornier de sortie. La sélection de l'esclave actif est réalisée via les lignes de commande de l'hôte, et le module route le bon signal de sélection côté terrain.
Oui, la face isolée du module doit être alimentée par une source externe indépendante de l'alimentation de la carte hôte. Cette alimentation doit être comprise entre 3 V et 5,5 V et est raccordée sur les bornes VCC et GND du bornier à vis. Cette séparation des alimentations est précisément ce qui garantit l'isolation galvanique complète entre les deux domaines.
Oui, l'ADuM4154 est totalement transparent vis-à-vis du protocole SPI. Il répercute fidèlement les signaux SCLK, MOSI, MISO et SS sans les interpréter, ce qui le rend compatible avec tous les modes SPI (CPOL/CPHA : 00, 01, 10, 11). Aucune configuration matérielle ou logicielle du module n'est nécessaire pour changer de mode SPI.
Non, aucune modification du code applicatif n'est requise. Le SPI Isolator Click est totalement transparent sur le plan logiciel : il suffit d'utiliser les fonctions SPI standard de votre environnement de développement (bibliothèque SPI Arduino, SpiDev sous Linux, drivers mikroC, etc.). Le module se comporte exactement comme un câble SPI isolé.
Oui, la carte micro:bit fonctionne en logique 3,3 V et est totalement compatible avec le SPI Isolator Click en positionnant le cavalier VCC SEL sur la position 3,3 V. L'utilisation d'un shield d'adaptation mikroBUS™ est nécessaire pour raccorder physiquement la carte micro:bit au module Click Board™.
Note d'application Click Board™ et Arduino™ (TOME 1)
Note d'application Click Board™ et Arduino™ (TOME 2)
Téléchargez également les fichiers sources de ces notes d'applications
Les modules Click™ Board sont utilisés dans les établissements scolaires !
Lextronic propose également désormais aux professeurs de recevoir (par email) et sur simple demande différents TP leur permettant de mettre en oeuvre divers modules Click Board avec une platine arduino UNO.
En tant que professeur, il vous suffit de nous adresser votre demande via notre adresse email lextronic@lextronic.fr (en précisant le nom et l'adresse de votre établissement) - Seules les demandes en provenance d'une adresse email académique seront traitées (les demandes via des comptes free, gmail, hotmail, etc... ne pourront pas être traitées - Merci de votre compréhension).
Ces différents TP sont composés: d'une documentation technique, des programmes Arduino™, des schémas (sous Proteus) et des corrigés
Idéalement conçue pour le prototypage rapide, l'apprentissage et l'évaluation, cette platine Shield est destinée à venir s'enficher sur une carte Arduino® Mega2560 afin que vous puissiez y insérer jusqu'à 3 modules Click Board.
Cette platine est conçue pour être enfichée sur les plateformes "PHPoC". Elle vous permettra de disposer de 4 ports mikroBUS afin de pouvoir utiliser les modules Click Board (non inclus) de chez Mikroelektronika (capteurs, actionneurs, etc...).
Idéalement conçue pour le prototypage rapide, l'apprentissage et l'évaluation, cette platine Shield est destinée à venir s'enficher sur une platine Raspberry (B+/2/3/+B+/4) afin que vous puissiez y insérer jusqu'à 2 modules Click Board.
La platine Flip & click partage beaucoup de l'ADN d'un Arduino®. En premier lieu de part son microcontrôleur Atmel™ 32-bit MCU AT91SAM3X8E (comme sur l'Arduino® DUE™) et de part son brochage identique à celui d'un Arduino® Uno 328.
Idéalement conçue pour le prototypage rapide, l'apprentissage et l'évaluation, cette platine Shield est destinée à venir s'enficher sur une carte Arduino ® uno, R4, Minima ou Leonardo ou CB210 afin que vous puissiez y insérer jusqu'à 2 modules Click Board.
Le starter-kit "EasyMx PRO v7" est probablement l'outil de développement pour microcontrôleurs STM32® ARM® Cortex™-M3 et Cortex-M4 doté du meilleur rapport qualité / prix du marché.
Ce starter-kit professionnel est spécialement conçu pour pouvoir développer sur les microcontrôleurs Atmel™ 8, 14, 20, 28 et 40 broches de la famille AVR™.
Bénéficiant d'une documentation complète et détaillée, le starter-kit "EasyPIC for dsPIC30" est probablement l'outil de développement pour microcontrôleurs dsPIC30 doté du meilleur rapport qualité / prix du marché.
Bénéficiant d'une documentation très complète, le starter-kit "EasyPIC7" est probablement l'outil de développement pour microcontrôleurs PIC® 8 à 40 broches doté du meilleur rapport qualité / prix du marché.
Le starter-kit "EasyPIC Fusion™ v7" est probablement l'outil de développement pour microcontrôleurs dsPIC®, PIC24 et PIC32 doté du meilleur rapport qualité / prix du marché.
