使用数字隔离器对USB实现隔离的方法

　　第二种方法：使用带有易隔离接口的独立SIE(图3)。市场上有几种产品(如SPI)使用快速单向接口把SIE连接到微处理器。数字隔离器(如ADuM1401C 四通道数字隔离器)可对SPI总线实现完全隔离。由于SIE包含可通过SPI总线填充的缓冲存储器，SPI的运行速度在很大程度上可不依赖于USB的速度。SIE将与USB主机协商其可能的最高连接速度，并以协商得出的总线速度分发数据，直到把缓冲中的数据传递完。此时，SIE会通知主机如果有更多的数据需要传送则重试，并留出时间使SPI接口可为下一个传输循环重新填充缓存。虽然非常有效，这种方案通常要求修改外设驱动程序，并忽视内置在外设的微处理器中的USB电路。该方案在元件和电路板尺寸方面的成本较高。

　　图3. 通过SPI接口隔离SIE。

　　第三种方法：如果微处理器的SIE使用外部收发器，则可以对微处理器和收发器之间的数据和控制线进行隔离(图4)。但是，这种方式要求在SIE和收发器之间有9条单向数据线。在高速数字隔离器中，这将带来极大的成本问题。此外，现有的速度最快的数字隔离器工作在约150Mbps，虽然远高于低速和全速USB，但不能处理高速数据，限制了USB接口的速度范围。该方案与为微处理器SIE提供的USB驱动器完全兼容，可降低开发成本，但需使用多个隔离通道致使实现成本高昂。此类收发器接口将被集成度要求日益提高的市场所淘汰。

　　图4. 隔离的外部USB收发器。

　　第四种方法：直接在D+和D-线线中插入隔离(图5)。这种方式允许在现有的USB应用中添加D+/D-隔离，而无需重写驱动程序或增加冗余SIE，同其它方法相比，这是一个很大的优点。但是，D+和D-线的隔离较为复杂，因为隔离器件必须能够像SIE那样处理控制流，允许在隔离屏障两边使用上拉电阻，并确定传输速度。另外，其运行不应要求额外的设备驱动程序相关的开销。

　　图5. 隔离D+/D-线。

　　新型芯片级器件ADuM4160 USB隔离器解决了这些挑战性难题(图6)，它支持低速和全速USB的D+和D-线直接隔离。

　　图6. ADuM4160的框图。