EVAL-CN0550-EBZ

自1996年推出以来，USB已成为手持设备、测试测量设备、嵌入式开发平台及无数其他应用的标准点对点串行通信接口，很大程度上取代了RS-232（串行）和并行端口。USB接口强调主机与其外围设备之间连接的简单性和鲁棒性，大部分复杂性由USB控制器和物理层抽象化。USB设备具有自配置能力，得到主流操作系统的广泛支持，且支持即插即用。它们还提供电源传输，支持热插拔，并使用标准化、低成本、高插拔寿命的连接器和线缆。然而，在这些环境中，USB设备可能需要在主机与外围设备之间增加电气隔离。隔离要求因应用而异；例如，医疗设备需要能够承受5 kV浪涌电压以确保患者安全。对于工业环境，隔离考虑因素可能包括对静电放电、雷击和电源浪涌的敏感性，以及对电磁干扰和地环路引起的电气噪声的敏感性。图1所示的参考设计是一款USB 2.0电气隔离器，可承受1.5 kVAC一分钟，并为工作电压为50 Vrms的系统提供基本绝缘。该USB隔离器支持最高480 Mbps的数据传输速率，并能根据所连接设备的能力自动协商传输速率。该电路还可以通过反激式转换器为USB外设提供隔离电源。对于典型应用，可使用USB主机的5 V总线作为输入电源，从而可向外设提供最大440 mA的隔离负载电流。CN0550采用ADuM3165数字隔离器为USB数据线提供主机与外设设备之间的电气隔离。ADuM3165支持低速（1.5 Mbps）、全速（12 Mbps）和高速（480 Mbps）USB 2.0，同时保持3.75 kVrms的隔离电压额定值。ADuM3165利用iCoupler®技术在数字线上实现隔离，能够自动协商适当的数据传输速率，无需用户干预或外部电路。ADuM3165的电源通过VBUS1和V引脚以+5 V供电。VBUS1直接连接到USB主机连接器，VBUS2则连接到隔离的5 V电源。内部低压差稳压器为内部电路生成所需的+3.3 V VDD1和VDD2电源。LDO的功耗会略微降低最大环境工作温度。为验证高速USB电气要求的符合性，使用CN0550进行了两项信号质量测试。图3和图4分别显示了远端和近端的开眼图。LT8301微功耗无光耦隔离反激式转换器为外围侧提供隔离的5 V总线电源。根据输入电压，该器件能够提供高达6 W的隔离输出功率，使其能够支持低功耗和高功耗的USB 2.0设备。图5显示了CN0550所使用的简化隔离反激式电路配置。在CN0550中，LT8301使用匝数比为3:1、初级电感为40 μH的反激式变压器来产生隔离电源。初级绕组两端包含一个二极管-齐纳缓冲器，以保护器件免受漏感产生的高压尖峰影响。次级侧采用二极管进行整流，其额定正向电流为5 A，反向电压为30 V。使用一个150 μF电容来降低输出电压的纹波。这种元件组合使设计能够满足低功耗USB 2.0设备利用主机侧可用的5 V总线电源所汲取的100 mA最大负载电流标准。