概述

ADuM4160是一款基于ADI公司iCoupler?技術(shù)的USB端口隔離器。它將高速CMOS工藝與單片空芯變壓器技術(shù)相結(jié)合，可提供優(yōu)異的工作性能，并且很容易與低速和全速USB兼容外設(shè)集成。

許多微控制器實(shí)施的USB只向外部引腳提供D+和D?線(xiàn)路。這在許多情況下都符合需求，因?yàn)樗鼉H需極少的外部器件，并簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)；不過(guò)，當(dāng)需要隔離時(shí)，這會(huì)帶來(lái)難題。USB線(xiàn)路必須自動(dòng)在主動(dòng)驅(qū)動(dòng)D+/D?、接收數(shù)據(jù)與允許外部電阻設(shè)置總線(xiàn)空閑狀態(tài)之間切換。ADuM4160結(jié)構(gòu)既可以檢測(cè)數(shù)據(jù)流向，同時(shí)能夠控制輸出緩沖的狀態(tài)。數(shù)據(jù)流向根據(jù)一個(gè)個(gè)分組確定。

ADuM4160將基于邊沿檢測(cè)的iCoupler技術(shù)與內(nèi)部邏輯結(jié)合使用，可實(shí)現(xiàn)透明、易于配置、面對(duì)上游的端口隔離器。隔離上游端口具有電路簡(jiǎn)單、電源管理和操作穩(wěn)健等多種優(yōu)勢(shì)。

這款隔離器的傳播延遲與標(biāo)準(zhǔn)集線(xiàn)器和電纜的傳播延遲相當(dāng)。它可以采用任一側(cè)的3.1 V至5.5 V電源電壓供電，并能在內(nèi)部將該電壓調(diào)節(jié)至信號(hào)電平，從而與VBUS直接相連。ADuM4160對(duì)上拉電阻進(jìn)行隔離控制，以便外設(shè)能控制連接時(shí)序。該器件的空閑電流較低；需要掛起模式。
數(shù)據(jù)表：*附件：ADUM4160全速 低速USB數(shù)字隔離器技術(shù)手冊(cè).pdf

特性

• 完全兼容USB 2.0
• 低速和全速數(shù)據(jù)速率：1.5 Mbps和12 Mbps
• 雙向通信
• xD+和xD?線(xiàn)路短路保護(hù)功能
• 3.3 V和5 V（雙模電源配置） - 欲了解更多信息，請(qǐng)參考數(shù)據(jù)手冊(cè)。
• 3A類(lèi)接觸式ESD性能，符合ANSI/ESD STM5.1-2007標(biāo)準(zhǔn)
• 工作溫度最高可達(dá)105°C
• 高共模瞬變抗擾度：>25 kV/μs

應(yīng)用

• USB外設(shè)隔離
• 隔離式USB集線(xiàn)器

功能框圖

引腳配置描述

應(yīng)用信息

功能描述

在 USB 規(guī)范中，D + /D - 線(xiàn)路的電氣隔離實(shí)現(xiàn)頗具挑戰(zhàn)，原因有以下幾點(diǎn)。首先，通常需要訪(fǎng)問(wèn)輸出使能信號(hào)來(lái)控制收發(fā)器，這就要求在隔離器中構(gòu)建一定程度的智能，用于解讀數(shù)據(jù)流并確定何時(shí)啟用和禁用上游及下游輸出使能。其次，信號(hào)必須在隔離器的輸出側(cè)準(zhǔn)確重建，不能傳遞諸如振鈴和預(yù)沖之類(lèi)的瞬態(tài)信號(hào)，同時(shí)還要保留精確的定時(shí)，并傳遞諸如無(wú)效 SE0 和 SE1 狀態(tài)等瞬態(tài)信號(hào)。此外，該部件在掛起模式下必須滿(mǎn)足低功耗要求。

iCoupler 技術(shù)基于邊沿檢測(cè)，因此非常適用于 USB 應(yīng)用。數(shù)據(jù)在器件中的傳輸是通過(guò)監(jiān)測(cè)輸入的活動(dòng)狀態(tài)和空閑狀態(tài)，并據(jù)此設(shè)置傳輸方向來(lái)實(shí)現(xiàn)的。一旦確定了數(shù)據(jù)傳輸方向，數(shù)據(jù)就會(huì)一直傳輸，直到遇到數(shù)據(jù)包結(jié)束（EOP）或足夠長(zhǎng)的空閑狀態(tài)。此時(shí)，耦合器會(huì)禁用其輸出緩沖器，并監(jiān)測(cè)輸入的下一次活動(dòng)。在數(shù)據(jù)傳輸期間，耦合器的輸出側(cè)會(huì)保持輸出緩沖器使能。輸出側(cè)的耦合器輸出緩沖器使能采用邊沿檢測(cè)方式，不會(huì)回繞。這樣，數(shù)據(jù)只能在一個(gè)方向上流動(dòng)，而不會(huì)回傳至輸入緩沖器，從而使 iCoupler 鎖存。定時(shí)基于差分輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換，包含閾值以消除因差分輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的偽影。輸入狀態(tài)會(huì)作為三個(gè)有效狀態(tài)（J、K 或 SE0）之一跨隔離柵傳輸，并在輸出側(cè)以固定時(shí)間延遲從輸入差分信號(hào)重建。

該耦合器沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的掛起模式，也不需要專(zhuān)門(mén)的掛起模式，因?yàn)楫?dāng)其電源電流低于掛起電流限值（2.5 mA）時(shí)，USB 處于空閑狀態(tài)。

ADuM4160 設(shè)計(jì)用于通過(guò)隔離 D + /D - 線(xiàn)路與上游 facing 全速 USB 端口接口。上游 facing 端口僅支持一種速度操作；因此，與速度相關(guān)的參數(shù)（J/K 邏輯電平、D + /D - 擺率）設(shè)置為匹配上游端口的速度，面向下游的端口（見(jiàn)表 10）也是如此。

ADuM4160 下游側(cè)的控制線(xiàn)路激活空閑狀態(tài)上拉電阻，當(dāng)下游端口連接到上游端口或 USB 總線(xiàn)時(shí)，該上拉電阻可被禁用。

PIN 輸入可與 3.3 V 控制邏輯信號(hào)連接，具體取決于是否必須控制 V_{ISO} 軌的上電操作。

產(chǎn)品使用

ADuM4160 旨在集成到帶有上游 facing USB 端口的 USB 外設(shè)中，如圖 4 所示。其關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

1. USB 主機(jī)通過(guò)電纜為 ADuM4160 的上游側(cè)供電。
2. ADuM4160 的外設(shè)側(cè)為下游側(cè)供電。
3. 隔離器接口的 D + /D - 線(xiàn)路和外設(shè)控制器的 UD + /UD - 線(xiàn)路與電纜或主機(jī)的固定數(shù)據(jù)速率連接。外設(shè)設(shè)備的電纜或主機(jī)的數(shù)據(jù)速率在設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)定，ADuM4160 必須匹配該速率。SPU 和 SPD 由用戶(hù)配置，用于在耦合器的上游和下游側(cè)設(shè)置此速度。
4. 當(dāng) UD + 或 UD - 線(xiàn)路被拉高時(shí)，USB 枚舉開(kāi)始。該事件下游側(cè)的定時(shí)由耦合器的 PIN 輸入控制。
5. 上拉和下拉電阻在耦合器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，僅需外部串聯(lián)電阻和旁路電容即可操作。

除了上拉電阻的延遲應(yīng)用外，ADuM4160 對(duì) USB 流量完全透明，無(wú)需修改外設(shè)設(shè)計(jì)即可提供隔離。隔離器為信號(hào)添加了傳播延遲，與集線(xiàn)器類(lèi)似。在確定菊花鏈中集線(xiàn)器的最大數(shù)量時(shí)，隔離的外設(shè)必須按存在集線(xiàn)器處理。

集線(xiàn)器可像任何其他外設(shè)一樣進(jìn)行隔離，通過(guò)將 ADuM4160 放置在集線(xiàn)器芯片的上游側(cè)即可實(shí)現(xiàn)隔離集線(xiàn)器。這種配置可使耦合器計(jì)入兩個(gè)集線(xiàn)器延遲。集線(xiàn)器芯片允許 ADuM4160 全速運(yùn)行，同時(shí)保持與低速設(shè)備的兼容性。