Usb изолятор что это
Обновлено: 04.07.2024
По словам iFi, гальванический изолятор iGalvanic3.0 — это «лучший девайс для связанных по USB аудиосистем, который снижает шум и улучшает звучание».
Все чаще в аудиосистемах источниками становятся компьютеры, подключенные по USB. Однако проблема, как считают производители, в том, что USB-интерфейс многофункционален, и передача аудиосигнала — далеко не самое сильное его умение: подключение по USB достаточно шумное, что нехорошо сказывается на качестве звучания.
Для этого и разрабатывают гальванические изоляторы. Девайс iGalvanic3.0, по словам iFi, обеспечивает полную гальваническую развязку для интерфейсов USB 2.0 и 3.0, а также оснащен схемами для улучшения и оптимизации передачи сигнала и мощности по USB.
В продаже гальванический изолятор iFi iGalvanic3.0 появится в сентябре по цене 349 британских фунтов. Также с ним можно будет ознакомиться на выставке IFA 2017, которая пройдет в Берлине с 1 по 6 сентября.
Комментарии
В чем смысл существования этого девайса? Уже давно выпускаются мат. платы со специализированными USB слотами (производители называют эту технологию по-разному: USB-DAC, USB-AUDIO и т.п.) которые уже обладают рядом технологий, которых в общем достаточно для максимально качественной передачи цифрового сигнала. Напомню, что сигнал в USB (в зависимости от версии) это лишь небольшая дельта напряжений в цепи передачи данных для логического ноля и единицы. Производители материнских для специализированных USB выходов в первую очередь отключают линию подачи напряжения +5 вольт (зарядка девайсов, питание различных устройств) и увеличивают размах этой дельты сигнала. Сигнал PCM это не аналоговый выход, от наличия или отсутсвия гальванической развязки ему ни жарко ни холодно, главное - донести его до USB приемника ЦАП с минимальными потерями. Эта задача может быть решена путем сокращения длины USB кабелей, улучшением их качества, установка в ЦАП качественных USB приемников и т.п. Ноутбуки и вовсе имеют полную гальваническую развязку через встроенный батарею.
Ну, это нановольты все таки, как гордо писали про этот шум ранее создатели аналогичного устройства. Чтобы от них избавиться, обычных средств недостаточно, приходится ставить по пути оптопары.
Только авторизованные пользователи могут отвечать на вопросы, пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь.
Всем привет! Протестирую еще один модуль гальванической развязки для USB. В моем предыдущем обзоре речь шла о модуле Nobsound ADuM4160, ну а на этот раз рассмотрим более дешевый вариант на 3160. Ну как дешевый… с доставкой просят около 10 долларов. Так в чём же разница? Модуль 4160 обладал дополнительным функционалом (разъём под внешнее питание, переключатели). Тут всего этого нет.
Ознакомимся с характеристиками:
Технические характеристики:
Совместимость с USB 2.0
Повышенная устойчивость к электростатическому разряду в соответствии с IEC 61000-4-x
Напряжение питания от 4.0 В до 5.5 В
Максимальный потребляемый ток 7 мА при передаче данных в обратном канале со скоростью 1.5 Мбит/с
Максимальный потребляемый ток 8 мА при передаче данных в обратном канале со скоростью 12 Мбит/с
Максимальный потребляемый ток 2.5 мА при неактивном состоянии обратного канала
Двунаправленная связь
Защита от короткого замыкания в обратном канале
Работа при повышенной температуре: 105°C
Передача данных в режиме low и full speed: 1.5 Мбит/с и 12 Мбит/с
Что это вообще такое и зачем:
Начиная с 42 секунды на видео говорится о снижении уровня помех, шумов. Вот для этого я его и приобрёл прежде всего. Можно решить проблему с шумами и помехами USB колонок (и не только, сценариев применения-великое множество).
Описание с официального сайта:
ADuM3160 – это изолятор порта USB, построенный на базе технологии iCoupler® компании Analog Devices, Inc. Благодаря комбинации быстродействующих схем, изготавливаемых по технологии КМОП, и технологии производства монолитных трансформаторов без сердечника эти компоненты гальванической изоляции обеспечивают превосходные характеристики и легко интегрируются с периферийными устройствами, обладающими интерфейсом USB low и full speed.
Поставляется изолятор в обычном пакетике, от которого я сразу же избавился. Габариты: 24 x 14 x 53 мм. Весит: 14.5 грамм.
ADUM4160 и 3160. Корпус у нас здесь пластиковый, полупрозрачный:
Сзади полноценный USB порт для различных устройств, в моём случае — звуковых устройств (звуковые карты, внешние ЦАП-ы).
Для подключения к компьютеру здесь так же используется обыкновенный USB:
Дополнительного внешнего питания как у 4160 здесь нет:
При подключении загорается индикатор питания (красный светодиод):
Для соединения с некоторыми устройствами можно использовать простой кабель USB — Micro USB или USB — Type-C:
Разбирается легко, корпус поддевается ножом и распадается на две половинки:
Плата закреплена слабенько, можно поддеть какой-нибудь отверткой, ножом:
На плате мы видим надпись «USB Isolator V3.6». Ну а вот и сам 3160 в макро:
Для тестирования я взял плеер Walnut V2, а так же две звуковые карты: Ugreen US206 и Creative SB Play.
Сперва подключаю плеер Walnut в режиме звуковой карты (USB DAC) без изолятора:
Графики получились какими-то странными, кривыми:
Плеер Walnut подключен к ADUM3160:
Результаты ожидаемо стали лучше.
Шум, THD, динамический диапазон:
Теперь очередь звуковой карты Creative SB Play.
Напрямую:
Через изолятор:
Динамический диапазон:
Шум:
Ну и напоследок подключим звуковую карту Ugreen:
Напрямую:
С изолятором:
Прогнал по два раза, под цифрой «2» скрывается именно 3160. Больших отличий я не вижу, если повозиться с настройками, можно получить одинаковые циферки.
Для наглядности соединил два графика:
Что еще могу добавить:
-нет полноценной поддержки USB 2.0 (только совместимость).
-скорость до 12 Мбит
-не определяются некоторые современные звуковые карты, ЦАП-ы. Многие внешние ЦАП-ы, которые работают на драйвере XMOS-не определились. Но это касается ПК, если выводить звук со смартфона (смартфон+отг переходник+изолятор=цап) — то сигнал проходит.
Я попробовал измерить свой Burson Audio Playmate… получилось!
Если не требуется подключение внешнего питания-можно приобретать ADUM3160. А на этом у меня всё, всем спасибо за внимание!
USB является самым популярным последовательным интерфейсом во многих бытовых и профессиональных электронных устройствах. И все чаще требуются решения для этого стандарта, обеспечивающие полную безопасность, то есть такие которые обеспечивают нечувствительность и устойчивость к разности потенциалов земли на обеих сторонах линии связи и к помехам, возникающим при питании устройств, соединенных кабелем от множества различных напряжений и источников питания.
Чтобы устранить проблемы с контурами заземления и их разностью потенциалов, оба тракта питания и линии передачи данных должны быть гальванически изолированы со стороны заземления, а линия передачи данных - с другой стороны кабеля USB. Существует несколько методов изолирования передачи данных в зависимости от требуемой скорости. Кроме того, для самого разделения можно использовать различные методы, включая емкостную, оптическую и электромагнитную развязку. Далее будет показано, как можно обеспечить гальваническую развязку в USB для многих различных технологий изоляции, а также преимущества и недостатки каждой из них. Также представлены готовые решения этого вопроса от Texas Instruments, Wurth Elektronik, ON Semiconductor и Analog Devices.
Что такое гальваническая развязка
Гальваническая развязка предотвращает протекание электрического тока между двумя или более отдельными цепями, в то же время позволяя энергии или информации течь между ними. Одна часть (основная) состоит из главной цепи, которая питается от USB и разделяет двунаправленный поток данных с главным компьютером. Область разделяющая цепи, называется изоляционным барьером, и она может выдерживать напряжение в несколько киловольт без пробоя. Она изготовлена из воздушной заслонки или схожего материала.
Пример гальванической развязки между входом USB на первичной и вторичной сторонах. Изолирующий барьер должен выдерживать напряжение до нескольких тысяч вольт.
Изолированная передача данных
Гальваническая развязка позволяет передавать данные между отдельными электрическими цепями. Есть несколько практических решений этой проблемы, включая оптические, емкостные и электромагнитные технологии. Каждый из этих подходов имеет свои преимущества и недостатки, в том числе: по скорости передачи данных, устойчивости к электростатическому разряду, помехам и уровню мощности.
В оптоизоляторе светодиод излучает световые импульсы, которые проходят через изолирующий барьер и затем принимаются фотодиодом на вторичной стороне
Оптическое разделение - одно из самых известных решений. В нем используется оптоизолятор или оптопара, а разделение цепей достигается за счет использования светодиода на первичной стороне и фототранзистора на вторичной. FOD817 - хороший пример такого компонента. Данные передаются с помощью световых импульсов создаваемых светодиодами, которые улавливаются фототранзистором.
Учитывая что для передачи данных используется свет, оптоизолятор не подвержен электромагнитным помехам. С другой стороны, скорость передачи данных низкая, потому что ограничена низкой скоростью переключения светодиода. Кроме того, оптроны обычно имеют более малый срок службы по сравнению с другими технологиями из-за ухудшения параметров светодиодов со временем.
FOD817 имеет 1 канал связи с изоляцией 5 кВ переменного тока. Он включает в себя ИК-диод на основе GaAs и кремниевый фототранзистор. Используется в основном в регуляторах мощности и цифровых линиях ввода-вывода.
Электромагнитная связь - это самое старое решение для изоляции цепей, в котором задействуются две катушки с магнитной связью. Этот метод используется компанией Analog Devices как технология iCoupler. Там катушки интегрированы в микросхему и разделены слоем полиамидной подложки.
В двойном изоляторе для шины I2C ADuM1250 каждая линия интерфейса I2C требует двух отдельных трансформаторов для обеспечения двунаправленной передачи
Изоляторы с электромагнитной связью более восприимчивы к помехам чем оптоизоляторы, и создают собственные помехи, которые могут также стать проблемой. Их преимущества - более высокая скорость передачи данных 100 Мбит / с и более низкое энергопотребление. Примером может служить ADuM1250. Он обеспечивает двунаправленную изоляцию данных для шины I?C со скоростью передачи до 1 Мбит / с. Изоляция составляет 2500 В среднеквадратического значения. Схема потребляет ток 2,8 мА на первичной стороне и 2,7 мА на вторичной при напряжении питания 5 В. Двунаправленность достигнута с помощью двух трансформаторов.
Емкостная изоляция позволяет сигналам переменного тока проходить через изоляционный барьер
Обычно данные передаются между катушками трансформатора с использованием кодирования по краям. Импульсы наносекундной длительности используются для идентификации нарастающего и спадающего фронтов сигнала данных. Чип также включает в себя кодировщик и декодер.
Емкостная изоляция достигается с помощью конденсаторов, которые блокируют постоянное напряжение, но не переменную составляющую.
Использование несущего радиосигнала и модулируя его сигналом данных, например с помощью двухпозиционной манипуляции (OOK), информация может быть отправлена через гальванический барьер.
Двухпозиционная манипуляция (ООК) позволяет сигналу данных проходить через изолирующий барьер
Как и в случае с магнитной изоляцией, преимущества емкостной заключаются в высокой скорости передачи (100 Мбит / с и более) и низком энергопотреблении. К недостаткам можно отнести большую восприимчивость к помехам от электрического поля.
Примером использования технологии емкостной изоляции является четырехканальный цифровой изолятор Texas Instruments ISO7742, который обеспечивает сопротивление пробоя 5000 В. Эта микросхема имеет множество конфигураций в зависимости от требуемого направления потока данных. Она имеет скорость передачи данных 100 Мбит / с и потребляет 1,5 мА на канал. Применяют в медицинском оборудовании, источниках питания и промышленной автоматике.
Гальваническая изоляция питания USB
Обеспечение изоляции также требует гальванической развязки источника питания: один для первичной стороны и один для вторичной стороны с отдельными линиями заземления. Если в рассматриваемом проекте есть отдельные источники питания, то все нормально. Но если доступен только один источник, дополнительный изолированный преобразователь постоянного тока в постоянный является подходящим решением.
Контроллер Texas Instruments SN6505 и дополнительный трансформатор обеспечивают гальваническую развязку питания на вторичной стороне
Примером такого решения выступает преобразователь на базе микросхемы SN6505, взаимодействующий с изолирующим трансформатором, который обеспечивает изоляцию до 2500 В.
Стандартный USB порт на 5 В и 500 мА обеспечивает более чем достаточную мощность для надежной работы такого дополнительного преобразователя. Два диода на вторичной стороне обеспечивают выпрямление напряжения на выходе. Во многих конструкциях добавлен стабилизатор LDO для обеспечения низкой пульсации и хорошей стабилизации.
Дополнительным важным критерием выбора является занятость места на печатной плате изоляционной схемой. Использование отдельных компонентов для изоляции питания и данных, а также дополнительного трансформатора, занимает много ценного места. К счастью на рынке есть продукты, которые реализуют изоляцию питания и данных в одном чипе. Примером может служить двухканальный цифровой изолятор ADuM5240.
Двухканальный цифровой изолятор ADuM5240 от Analog Devices обеспечивает изоляцию линий питания и данных
ADuM5240 имеет изоляцию 2500 В, которая соответствует требованиям UL 1577 и обеспечивает скорость передачи данных до 1 Мбит / с.
Гальваническая изоляция данных в USB
Если уже существует готовое периферийное устройство, разработанное без оборудования для изоляции данных, разработчики могут обеспечить защиту, переместив изоляцию данных USB между хостом USB и периферийным устройством.
Все приведенные примеры предполагают реализацию изоляции между первичной и вторичной цепями интерфейса связи. Когда периферийное устройство готово, разработчики могут сделать изоляцию на интерфейсе USB, то есть на кабеле.
Микросхема ADuM4160 обеспечивает изоляцию линии передачи данных USB (D +, D–)
В этом случае стоит обратиться к ADuM4160 от Analog Devices. Там также используется технология iCoupler, но изоляция применяется к интерфейсу передачи данных USB (D+ и D–). Она разработана для изолированных концентраторов USB и медицинского оборудования.
Рекомендации по проектированию
При выборе подходящей технологии учитывается множество факторов. Следует обратить внимание на потребление энергии как для вторичной, так и для первичной части, а также на величину доступной мощности питания с точки зрения ее достаточности для работы устройства. Также необходимо взглянуть на выбранное решение с точки зрения потенциальных проблем с электромагнитной совместимостью и уже тогда выбирать окончательно подходящее схемное решение.
Форум по обсуждению материала ГАЛЬВАНИЧЕСКАЯ РАЗВЯЗКА USB ПОРТА
Лазерные светодиоды, люминисцентные и диоды для накачки твердотельных лазеров DPSSL.
Самодельный светодиодный драйвер для фотосъёмки с возможностью переключения цветовой температуры.
Варианты выполнения гальванической развязки USB порта. Современные микросхемы для емкостной, оптической и электромагнитной развязки.
Импульсные стабилизаторы напряжения AIMTEC AMSR и AMSRI - отличная замена для популярных 78xx / 79xx микросхем.
Ранее ПК снабжались последовательным и параллельным портами в качестве интерфейсов с внешним миром. Соответствующие этим портам стандарты были унаследованы от более ранних систем. Другой доступный коммуникационный стандарт, RS-232, хотя и был медленный, хорошо подходил к медицинским и промышленным применениям, так как позволял легко реализовывать требуемый уровень изоляции. Несмотря на его низкую скорость и допустимость только соединений «точка-точка», он применялся повсеместно за счет универсальности и хорошей поддержки. USB, пришедший на замену RS-232 в качестве стандартного периферийного порта в ПК, имел намного больше возможностей, нежели RS-232. Однако построить изолированный USB-интерфейс было достаточно сложно и весьма дорого, так что USB в основном использовался для портов диагностики и временных соединений.
Эта статья описывает различные пути создания изолированного интерфейса USB. В частности, рассмотрена возможность развязки с помощью новой микросхемы от Analog Devices — USB-изолятора ADuM4160. Этот инновационный продукт позволяет создать простую, недорогую изоляцию периферийных устройств, включая дифференциальные сигналы D+ и D-, он увеличивает возможности использования USB в медицинских и промышленных применениях.
Об универсальной последовательной шине (USB)
USB — основной последовательный интерфейс для ПК. Поддерживаемый всеми основными коммерческими операционными системами, он позволяет организовать соединение между аппаратной и программной частью «на лету». На одной шине, организуемой по принципу дерева с помощью хабов, может находиться до 127 устройств. Много различных режимов передачи данных образуют всевозможные варианты: от передачи большими блоками в/из внешней памяти до изохронных передач потоковых данных или приема данных по прерываниям, например от мыши. USB работает на трех допустимых максимальных скоростях передачи данных: Low Speed (1,5 Мбит/с), Full Speed (12 Мбит/с), High Speed (480 Мбит/с). Когда стандарт создавался, были выделены основные его применения — соединения должны быть простыми и надежными, в то время как вся сложность заключалась в физическом уровне передачи и в контроллере.
На физическом уровне USB состоит из четырех шин: две — питание (5 В) и заземление, две другие — дифференциальные линии D+ и D- в витой паре (рис. 1). Эти линии также могут передавать однонаправленные данные, как, например, состояние простоя, реализованное на резисторах. Когда к шине присоединяется устройство, токи, текущие по этим резисторам, определяют скорость передачи данных и устанавливают неуправляемое состояние простоя. Данные организованы в кадры или пакеты. Каждый кадр может содержать биты синхронизации тактового сигнала, идентификатор типов данных, адрес устройства, сами данные и последовательность конца пакета (EOP).
Рис. 1. Стандартные элементы шины USB
Управление этой сложной структурой данных возложено на движок последовательного интерфейса (SIE), находящийся на каждом конце кабеля. Этот специализированный контроллер (или часть большого контроллера, который обычно включает аппаратную часть USB-передатчика) и реализует протокол передачи данных USB. Во время процесса перечисления (enumeration), когда периферийное устройство впервые присоединяется к кабелю, SIE устройства предоставляет хосту информацию о скорости передачи данных и требования по питанию. В процессе работы SIE форматирует данные в соответствии с требуемым типом передачи данных, выполняет проверку на ошибки передачи и обработку состояний сбоя. SIE выполняет всю процедуру контроля потока данных на шине, включая/отключая приемники и передатчики в нужный момент. Хост инициализирует все транзакции, затем следует четко определенная процедура передачи, в которую входят и действия в случае сбоев. SIE может быть включен в состав микропроцессора, предоставляя только линии D+ и D- для периферии. Изоляция такой шины сталкивается с несколькими проблемами:
- Изоляторы почти всегда однонаправленные устройства, в то время как D+ и D- — двунаправленные.
- SIE сам по себе не представляет возможности для определения направления передачи данных.
- Изоляторы должны быть совместимы с резисторами притяжки, и токи через них должны проходить барьер изоляции.
При попытке изоляции USB-интерфейса разработчик пытается обойти эти трудности, используя, как правило, одно из описанных далее решений.
Рис. 2. Изоляция через интерфейс RS-232
Первое решение
Вывести USB-интерфейс полностью из изолируемого устройства (рис. 2). Многие устройства используют похожие последовательные шины и преобразователи, например RS232-to-USB. SIE функционирует как обычный последовательный интерфейс; изоляция реализована на медленных последовательных соединениях. Такой вариант не использует всех преимуществ шины. Фактически, это обычный последовательный порт с подключением «на лету». Микросхема интерфейса позволяет путем перепрошивки подключать различные периферийные устройства, каждое, однако, со своим собственным адаптером, что влечет неудобство в обслуживании, если адаптер не был включен в состав периферийного устройства. Вдобавок скорость ограничивается скоростью RS-232, что значительно ниже скорости USB даже в Low Speed варианте.
Рис. 3. Изоляция SIE через интерфейс SPI
Второе решение
Использовать отдельные SIE, имеющие легко изолируемый интерфейс (рис. 3). Некоторые продукты на рынке имеют быстрый однонаправленный интерфейс для связи SIE с микропроцессором, например SPI. Цифровые изоляторы, такие как ADuM1401C, позволят полностью изолировать шину SPI. SIE имеет буферную память, заполняемую через интерфейс SPI, так что скорость работы SPI может не зависеть от скорости USB. SIE будет взаимодействовать с хостом на максимально допустимой скорости и передавать данные до исчерпания буфера, затем сообщит хосту о необходимости повтора, если ожидаются еще данные, позволяя SPI заново наполнить буфер. Несмотря на то, что эта схема весьма эффективна, она обычно требует модификации драйверов и обхода уже имеющихся в процессоре решений USB. Надо учесть и то, что это решение дорогое — с точки зрения внешних компонентов и места на плате.
Рис. 4. Изоляция внешнего USB-трансивера
Третье решение
Если SIE микропроцессора использует внешний трансивер, могут быть изолированы линии данных и управления от процессора к трансиверу (рис. 4). Но для USB необходимо 9 однонаправленных шин между процессором и трансивером, что приводит к увеличению числа высокоскоростных изоляторов. Кроме того, самый быстрый цифровой изолятор имеет скорость 150 Мбит/с, ограничивая область применения только Low- и Full Speed периферией. Это решение полностью совместимо с программной частью USB, что уменьшает затраты на разработку, но большое число каналов усложняет аппаратную часть. Существующие тенденции рынка, направленные в сторону увеличения степени интеграции, делают этот вариант все менее конкурентоспособным.
Рис. 5. Изоляция линий D+/D—
Четвертое решение
Применить изоляцию напрямую к линиям D+ и D- (рис. 5). Это решение позволяет добавить изоляцию D+/D- к уже существующим решениям без какой-либо модификации программной (переписывание драйверов) или аппаратной (дополнительный SIE) части, что является существенным преимуществом по сравнению с другими решениями. Изолирование дифференциальных линий, однако, усложняет решение, так как микросхема должна быть способна сама контролировать поток данных как SIE, работать с резисторами притяжки и разрешать им работу через барьер изоляции, при этом не требуя изменений в драйверах USB.
Эти проблемы были разрешены цифровым изолятором USB ADuM1460 (рис. 6), микросхемой, непосредственно изолирующей линии D+/D- на скоростях до 12 Мбит (Full Speed).
Рис. 6. Блок-схема ADuM4160
Технология производства цифровых изоляторов iCoupler особенно хорошо подходит для изоляции USB. Основная трудность в разработке USB-изоляции на основе этой технологии — определение направления передачи данных: когда отключать соответствующий драйвер для перевода в режим простоя. Пакетно-ориентированная природа шины USB позволяет реализовать простой метод определения направления передачи данных без реализации полного SIE. Когда шина находится в состоянии простоя, резисторы притяжки удерживают ее в этом состоянии без использования драйверов и буферов.
ADuM4160 следит за состоянием «левого» и «правого» сегмента шины, ожидая смены состояния на любом направлении. Когда определена смена состояния, она кодируется и передается через барьер. Данные декодируются, и соответствующий драйвер включается, разрешая передачу данных. По первой передаче определяется ее направление, и канал в обратную сторону отключается. Изолятор продолжает передавать данные в том же направлении, пока продолжается прием данных. Когда пакет USB закончен, передается специальная последовательность, end-of-packet (EOP). EOP содержит недифференциальный сигнал, который не должен быть включен в какую-либо структуру данных. Изолятор может отличить маркер EOP от данных. По этому сигналу шина возвращается в состояние простоя, выходные драйверы отключаются, и микросхема снова начинает ожидать первой передачи данных с любой из сторон.
Рис. 7. Изолированный порт периферийного устройства
Кроме того, сторожевые таймеры вернут шину в состояние простоя в случае каких-то проблем. ADuM4160 использует одно из ключевых преимуществ технологии iCoupler — изоляцию на основе смены состояния линии.
Изолятор также должен контролировать резисторы притяжки. Каждая сторона изолятора поддерживает независимый сегмент шины USB, со всеми резисторами смещения, установленными в режим простоя линии. При-тяжка резистором к питанию сигнализирует, что новое устройство должно пройти через процедуру инициализации. Зная скорость передачи периферийного устройства и время, когда притяжка должна быть подключена, можно контролировать процесс инициализации. Допустимы различные комбинации напряжений питания «левой» и «правой» части. Изолятор создан, чтобы предсказуемо работать на всех указанных комбинациях напряжений питания. Периферийное устройство может «захотеть» задержать подключение резистора притяжки на время, например, если надо завершить собственную инициализацию перед подключением к USB. ADuM4160 предоставляет такую возможность с помощью внешнего вывода, сообщающего о том, что инициализация происходит.
Рис. 8. Изолированный хаб
Другие возможности микросхемы включают в себя работу от 5-В или 3,3-В источника питания. Так, только одно питание требуется для работы периферии; это может быть любое из них. ADuM4160 также разработан с повышенными требованиями к электростатической защите для возможности «горячего» подключения D+/D- без внешних защитных схем в большинстве случаев.
ADuM4160 лучше всего использовать в следующих трех случаях:
- При установке его в периферийное устройство для изоляции USB-порта. ADuM4160 был создан для работы в такой конфигурации в качестве базовой. Это упростило конфигурации схем питания и управления (рис. 7).
- Он может быть использован для изолирования хаба и, вследствие этого, всей подключенной к хабу периферии (рис. 8).
- Он может быть использован в изолированном кабеле (рис. 9).
Рис. 9. Изолированный интерфейсный кабель с DC/DC-преобразователем isoPower
В применении с периферией (рис. 7), когда периферия имеет собственный источник питания, собственное потребление изолятора крайне мало — около 10 мВ для работы «левой» части и резистора притяжки. Так как периферия работает на одной конкретной скорости, изолятор жестко установлен в желаемый режим работы (Low Speed или Full Speed). Если порт периферии «хочет» работать на скорости High Speed, то в процессе инициализации он должен послать соответствующий пилообразный паттерн. Это должно инициировать работу на скорости High Speed, но ADuM4160 блокирует этот паттерн и автоматически заставляет периферию работать на скорости Full Speed. Для маломощной периферии без собственного источника питания в качестве источника и для периферии, и для ADuM4160 может применяться изолированный DC/DC-преобразователь, например ADuM5000. При использовании в качестве изолятора хаба (рис. 8) ADuM4160 считает хаб своей периферией.
ADuM4160 установлен на скорость Full Speed; остальная часть аналогична уже обсужденной в предыдущем абзаце. Хаб будет принудительно работать в режиме Full Speed из-за вмешательства ADuM4160 в его High Speed-паттерн. Микросхема хаба может позволять соединяться с ней на различных скоростях, несмотря на то, что изолятор работает на фиксированной скорости. Хаб также предоставляет питание для «правой» части, и инициализация может начинаться как при включении питания, так и сигнале от периферии. Хаб обычно требует больше питания, чем может поступать через кабель с помощью изолированного DC/DC-преобразователя.
Схема с изолированным USB-кабелем (рис. 9) требует использования внешнего изолированного DC/DC-преобразователя в качестве источника питания «правой» части и изолированного сегмента кабеля. Чтобы соответствовать требованиям стандарта USB, «правый» сегмент кабеля должен предоставить 5-В питание для резистора притяжки периферийного устройства. Изолированный DC/DC-преобразователь, такой как ADuM5000, может предоставить это питание, при этом останется еще и на питание изолированного периферийного устройства, если оно малопотребляющее. На рис. 9 показано применение такого изолятора isoPower ADuM5000. В этой схеме установка скорости с помощью конфигурации выводов становится несколько неудобной: кабель будет работать только на указанной скорости. Так что лучше сделать схему с возможностью выбора скорости работы кабеля.
Заключение
USB-интерфейс используется очень широко. ADuM4160, инновационный продукт в серии цифровых изоляторов, позволяет создать простую и недорогую изоляцию периферийных устройств на шине USB. Это, в свою очередь, может увеличить проникновение USB в медицинские и промышленные приложения не только в качестве диагностических портов и временных соединений. ADuM4160 как изолятор для линий D+/D- делает разработку схемы предельно простой. Поддержка Low Speed и Full Speed скоростей предоставляет большой диапазон для широкого круга применений.
Читайте также: