通用串行總線（USB）集線器隔離器電路

　　ADuM4160提供了一種經(jīng)濟簡單的方式來實現(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器芯片配對，以構(gòu)建完全兼容的主機端口。與任何外設(shè)隔離一樣，ADuM4160和集線器提供如下功能特性：

　　1.在上游直接隔離集線器芯片的USB D+和D?線路，使集線器能夠管理下游主機端口活動。

　　2.針對不需要外部控制線路的控制數(shù)據(jù)流實施自動控制方案。

　　3.提供醫(yī)用級隔離。

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

　　5.支持全速信號速率。

　　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)一樣對集線器進行隔離。集線器或主機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。集線器芯片必須提供未使用ADuM4160時所需要的所有信號和上拉/下拉電阻。所選的集線器芯片為 SMSC USB2512雙端口USB集線器控制器，它具有低成本和小尺寸的特點。此外，還可以使用相同尺寸的4通道版本。本設(shè)計為全功能型，通過MIC2026配電開關(guān)支持各通道的限流功能，并具有充足的離線穩(wěn)壓電源，可為下游各通道提供2.5 W功率。下游側(cè)的電源由一個壁式電源適配器和ADP3339 LDO調(diào)節(jié)器(5 V選項)提供。此器件可提供非常低的壓差，從而降低了對壁式電源適配器的調(diào)節(jié)要求。其小尺寸特點和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、速度和保護選項，必須加以確定。外設(shè)以三種速度之一運行：低速(1.5 Mbps)、全速(12 Mbps)和高速(480 Mbps)。ADuM4160不支持高速運行，會阻止用于協(xié)商該速度的握手信號。所選的集線器芯片支持高速運行，但ADuM4160的正常運行不允許這種模式。必須通過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)置為全速運行。

　　可以通過VBUSx引腳提供5 V電源。3.3 V信號電壓由內(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。出于說明需要，ADuM4160配置為接受一個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還提供一個選項，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，只要對集線器芯片施加電源，就會用到上游上拉電阻。在有些應(yīng)用中，可以將它連接到一個控制器的GPIO引腳，可以采用一個固定延遲電路，或者可以像本電路一樣連接。如何使用此功能取決于設(shè)計人員。

　　本電路還顯示了EOS/ESD保護器件。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)計人員應(yīng)當(dāng)仔細(xì)考慮保護器件選擇，包括不需要外部保護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，會進行包檢測，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)動的全速測試包流量