- 通用串行总线USB用作USB外设的隔离元件实现隔离电缆功能的设计

图2. 隔离电缆盒

ADuM4160隔离电缆应用具有多种电源、总线速度和ESD/EOS保护选项，必须加以确定。外设以三种速度之一运行：低速（1.5 Mbps）、全速（12 Mbps）和高速（480 Mbps）。ADuM4160不支持高速运行，会阻止用于协商该速度的握手信号。高速模式以全速配置开始，外设通过一个称为高速线性调频的过程请求高速支持。ADuM4160忽略该高速调频；因此，高速运行请求永远不会传递给主机，外设自动继续以全速运行。本应用电路包括一个开关和一个单通道隔离器，允许用户通过设置SPU和SPD引脚来选择电缆速度：全速或低速。如果单速运行完全满足需要，则此功能为可选项。

VBUSx引脚提供电源。3.3 V信号电压由内部3.3 V调节器在VDDx引脚产生。ADuM4160支持其它电源配置，相关内容详见其它电路笔记。在图1所示的电路中，ADuM4160的上游侧和下游侧均被设置为从VBUSx线路和内部调节器获得电源。

ADuM4160还提供一个选项，可以在外设控制下延迟应用上游上拉电阻。此功能由PIN输入控制。在本应用中，PIN输入短路至高电平，因此，只要施加外设电源，就会用到上游上拉电阻。

本电路还使用了保护器件。这些器件选自那些提供各种不同器件的制造商，所选的特定器件允许用0 Ω短路电阻予以代替，以便将其从电路中移除。设计人员应当仔细考虑保护器件选择，包括不需要外部保护到需要全套瞬变抑制器和滤波器元件的各种情况。本应用电路所包括的元件显示了可以使用何种类型的保护。

当电路工作时，会进行包检测，并将数据从隔离的一侧传送到另一侧。图3和图4所示的数据分别以时域数据和眼图形式展示了典型的全速处理情况。在实时数据中，需要注意的特点是包开始时为无源空闲状态，它会转换为受驱J状态，还有处理结束时的包末尾显示为单端0状态，其后是空闲J状态。正是这种自动控制流和这些特殊逻辑状态的处理，才使ADuM4160芯片得以实现，并且是市场上独一无二的。

该电缆设计与上游数据连接完全隔离，可承受最高达2.5 kV的瞬变电压。未来的isoPower®模块将支持最高5 kV医用级电缆隔离。下游端口由上游VBUS1线路供电，应用电路可用的电源限制在500 mA （5 V），这是标准USB端口的最大可用功率，足以运行带100 mA外部负载的ADuM5000。低速、全速和高速外设可以连接到下游端口，但电缆的全速和低速模式必须采用手动方式切换。该设计依赖ADuM5000的内部短路电路来保证安全。

图3和图4所示数据是在USB-IF认证过程中产生的。图3显示一个测试数据包从ADuM4160上游端口传输到主机。需要注意的是前置空闲状态，其中无源电阻网络保持空闲J状态。包的中心是J和K的混合状态。包的右侧是EOP（包结束）标志，它是一个单端0，其后是一个受驱J状态，再转换为空闲J状态。

上游全速信号质量测试参考文件—USB 2.0规范第7.1.11节、第7.1.2.1节。上游全速上升时间测试参考文件—USB 2.0规范第7.1.11节、第7.1.2.2节。上游全速下降时间测试参考文件—USB 2.0规范第7.1.11节、第7.1.2.2节。

图3为全速眼图，显示ADuM4160能够提供充分张开的眼图，远离禁入区域。针对低速评估也获得了类似的数据。

通用串行总线（USB）电缆隔离器电路 （CN0159）

图3. ADuM4160上游端口驱动的全速测试包流量

通用串行总线（USB）电缆隔离器电路 （CN0159）