通用串行總線(xiàn)（USB）集線(xiàn)器隔離器電路

　　ADuM4160提供了一種經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)和醫(yī)療外設(shè)隔離緩沖器。利用該器件的挑戰(zhàn)在于必須將其與集線(xiàn)器芯片配對(duì)，以構(gòu)建完全兼容的主機(jī)端口。與任何外設(shè)隔離一樣，ADuM4160和集線(xiàn)器提供如下功能特性：

　　1.在上游直接隔離集線(xiàn)器芯片的USB D+和D?線(xiàn)路，使集線(xiàn)器能夠管理下游主機(jī)端口活動(dòng)。

　　2.針對(duì)不需要外部控制線(xiàn)路的控制數(shù)據(jù)流實(shí)施自動(dòng)控制方案。

　　3.提供醫(yī)用級(jí)隔離。

　　4.允許創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)符合USB-IF認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的主機(jī)端口。

　　5.支持全速信號(hào)速率。

　　6.支持靈活的電源配置。

　　本應(yīng)用電路的目標(biāo)是像全速外設(shè)一樣對(duì)集線(xiàn)器進(jìn)行隔離。集線(xiàn)器或主機(jī)功能要求為各下游端口提供2.5 W功率。隔離器下游側(cè)的電源以及集線(xiàn)器和端口的電源是作為解決方案的一部分而提供。本應(yīng)用電路是許多醫(yī)療和工業(yè)應(yīng)用的典型電路。

　　電路描述

　　上游USB連接器所用的電源從USB電纜提供的5 V VBUS電壓獲得。集線(xiàn)器芯片必須提供未使用ADuM4160時(shí)所需要的所有信號(hào)和上拉/下拉電阻。所選的集線(xiàn)器芯片為 SMSC USB2512雙端口USB集線(xiàn)器控制器，它具有低成本和小尺寸的特點(diǎn)。此外，還可以使用相同尺寸的4通道版本。本設(shè)計(jì)為全功能型，通過(guò)MIC2026配電開(kāi)關(guān)支持各通道的限流功能，并具有充足的離線(xiàn)穩(wěn)壓電源，可為下游各通道提供2.5 W功率。下游側(cè)的電源由一個(gè)壁式電源適配器和ADP3339 LDO調(diào)節(jié)器(5 V選項(xiàng))提供。此器件可提供非常低的壓差，從而降低了對(duì)壁式電源適配器的調(diào)節(jié)要求。其小尺寸特點(diǎn)和1.5 A電流能力非常適合這種通用電路，其下游外設(shè)可能需要電纜的全部功率才能工作。

　　ADuM4160具有多種電源、速度和保護(hù)選項(xiàng)，必須加以確定。外設(shè)以三種速度之一運(yùn)行：低速(1.5 Mbps)、全速(12 Mbps)和高速(480 Mbps)。ADuM4160不支持高速運(yùn)行，會(huì)阻止用于協(xié)商該速度的握手信號(hào)。所選的集線(xiàn)器芯片支持高速運(yùn)行，但ADuM4160的正常運(yùn)行不允許這種模式。必須通過(guò)SPU和SPD引腳的狀態(tài)將ADuM4160設(shè)置為以全速工作。在目前的原理圖中，SPU和SPD引腳連接到3.3 V穩(wěn)壓電源VDD1和VDD2，從而將器件設(shè)置為全速運(yùn)行。

　　可以通過(guò)VBUSx引腳提供5 V電源。3.3 V信號(hào)電壓由內(nèi)部3.3 V調(diào)節(jié)器在VDDx引腳產(chǎn)生。另一種選擇是直接向VBUSx和VDDx提供3.3 V電源。器件能夠檢測(cè)到這種配置，并直接使用3.3 V電源，禁用內(nèi)部調(diào)節(jié)器。出于說(shuō)明需要，ADuM4160配置為接受一個(gè)3.3 V外部電源，并且旁路內(nèi)部調(diào)節(jié)器。VBUS2和VDD2引腳短路連在一起，由ADP3330 LDO調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的3.3 V外部電壓供電。

　　ADuM4160還提供一個(gè)選項(xiàng)，可以在外設(shè)控制下延遲應(yīng)用上游上拉電阻。此功能由PIN輸入控制。在本應(yīng)用中，PIN輸入短路至高電平，因此，只要對(duì)集線(xiàn)器芯片施加電源，就會(huì)用到上游上拉電阻。在有些應(yīng)用中，可以將它連接到一個(gè)控制器的GPIO引腳，可以采用一個(gè)固定延遲電路，或者可以像本電路一樣連接。如何使用此功能取決于設(shè)計(jì)人員。

　　本電路還顯示了EOS/ESD保護(hù)器件。這些器件選自那些提供各種不同器件的制造商，所選的特定器件允許用0 Ω短路電阻予以代替，以便將其從電路中移除。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)仔細(xì)考慮保護(hù)器件選擇，包括不需要外部保護(hù)到需要全套瞬變抑制器和濾波器元件的各種情況。本應(yīng)用電路所包括的元件是可以使用的典型元件。

　　當(dāng)電路工作時(shí)，會(huì)進(jìn)行包檢測(cè)，并將數(shù)據(jù)從隔離的一側(cè)傳送到另一側(cè)。圖2和圖3所示的數(shù)據(jù)分別以時(shí)域數(shù)據(jù)和眼圖形式展示了典型的全速處理情況。

　　圖2. ADuM4160上游端口驅(qū)動(dòng)的全速測(cè)試包流量