通用串行总线（USB）集线器隔离器电路

作者：时间：2010-10-14来源：网络收藏

　　ADuM4160提供了一种经济简单的方式来实现工业和医疗外设隔离缓冲器。利用该器件的挑战在于必须将其与集线器芯片配对，以构建完全兼容的主机端口。与任何外设隔离一样，ADuM4160和集线器提供如下功能特性：

　　1.在上游直接隔离 集线器芯片的USB D+和D?线路，使集线器能够管理下游主机端口活动。

　　2.针对不需要外部控制线路的控制数据流实施自动控制方案。

　　3.提供医用级隔离。

　　4.允许创建一个或多个符合USB-IF认证标准的主机端口。

　　5.支持全速信号速率。

　　6.支持灵活的电源配置。

　　本应用电路的目标是像全速外设一样对集线器进行隔离。集线器或主机功能要求为各下游端口提供2.5 W功率。隔离器下游侧的电源以及集线器和端口的电源是作为解决方案的一部分而提供。本应用电路是许多医疗和工业应用的典型电路。

　　电路描述

　　上游USB连接器所用的电源从USB电缆提供的5 V VBUS电压获得。集线器芯片必须提供未使用ADuM4160时所需要的所有信号和上拉/下拉电阻。所选的集线器芯片为 SMSC USB2512双端口USB集线器控制器，它具有低成本和小尺寸的特点。此外，还可以使用相同尺寸的4通道版本。本设计为全功能型，通过MIC2026配电开关支持各通道的限流功能，并具有充足的离线稳压电源，可为下游各通道提供2.5 W功率。下游侧的电源由一个壁式电源适配器和ADP3339 LDO调节器(5 V选项)提供。此器件可提供非常低的压差，从而降低了对壁式电源适配器的调节要求。其小尺寸特点和1.5 A电流能力非常适合这种通用电路，其下游外设可能需要电缆的全部功率才能工作。

　　ADuM4160具有多种电源、速度和保护选项，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。所选的集线器芯片支持高速运行，但ADuM4160的正常运行不允许这种模式。必须通过SPU和SPD引脚的状态将ADuM4160设置为以全速工作。在目前的原理图中，SPU和SPD引脚连接到3.3 V稳压电源VDD1和VDD2，从而将器件设置为全速运行。

　　可以通过VBUSx引脚提供5 V电源。3.3 V信号电压由内部3.3 V调节器在VDDx引脚产生。另一种选择是直接向VBUSx和VDDx提供3.3 V电源。器件能够检测到这种配置，并直接使用3.3 V电源，禁用内部调节器。出于说明需要，ADuM4160配置为接受一个3.3 V外部电源，并且旁路内部调节器。VBUS2和VDD2引脚短路连在一起，由ADP3330 LDO调节器产生的3.3 V外部电压供电。

　　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，只要对集线器芯片施加电源，就会用到上游上拉电阻。在有些应用中，可以将它连接到一个控制器的GPIO引脚，可以采用一个固定延迟电路，或者可以像本电路一样连接。如何使用此功能取决于设计人员。

　　本电路还显示了EOS/ESD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是可以使用的典型元件。

　　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2和图3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。