使用數字隔離器對USB實現隔離的方法

　　ADI公司的iCoupler® 技術3 特別適合于構建USB隔離器。在開發USB隔離器時所面臨的主要挑戰是正確確定數據傳輸的方向，以及何時禁用驅動器以讓總線處在空閑狀態。USB數據的面向數據包特性使我們可以使用一種簡單的方法來確定數據方向，免去了整個SIE的開銷。當總線空閑時，上拉和下拉電阻使USB保持在空閑狀態，緩沖器不再驅動總線。

　　ADuM4160監視總線的上游和下游部分，等待來自任何方向的躍遷信號。當檢測到躍遷信號時，則對信號進行編碼并傳過隔離阻障。這些數據被解碼之后，ADuM4160使能輸出驅動器在電纜的另一段上進行傳輸。從第一次傳送開始，由于數據流的方向已得到確認，ADuM4160將禁用反向隔離通道。只要繼續收到數據，隔離器就沿相同的方向繼續傳輸數據。當USB數據包結束時，ADuM4160傳輸特殊的數據——包尾序列。包尾序列包含非差分信號，而非差分信號不應包含在任何數據結構中。ADuM4160可以區分有效數據和包尾標識。包尾標識通知總線返回空閑狀態。然后，ADuM4160禁用輸出驅動器，并開始監視上游和下游輸入的下一次躍遷，該信號將決定下一次數據傳輸的方向。

　　此外，當發生總線錯誤時，看門狗定時器將使ADuM4160返回空閑狀態。ADuM4160使用了基于躍遷的隔離方案，基于躍遷的隔離是iCoupler技術的核心能力之一。

　　隔離器還必須支持上拉和下拉電阻。隔離器的每側支持一個獨立的USB總線段，在空閑狀態連接所有的偏置電阻。當在總線上有某個設備需要進入初始化序列(稱為枚舉)時，上拉電阻發出信號。知道外設的工作速度以及何時應連接上拉電阻，使枚舉過程以受控的方式啟動。有幾個因素影響上游上拉電阻的狀態。上游和下游電源電壓可能有多種組合，隔離器的設計保證對所有給定的電源組合給出可預測的操作。有時，如外設需在開始USB枚舉之前完成自己的本地初始化的話，外設要求延遲啟用上游的上拉電阻。ADuM4160在其下游側提供了一個控制引腳以便由外設來決定何時開始枚舉。

　　該器件還可以工作于5V或3.3V電源，因此，外設僅需一個電源。ADuM4160還具有良好的ESD保護能力，通常允許在連接器的D+和D-引腳沒有外部保護電路的情況下熱插拔。

　　ADuM4160可按以下三種方式之一使用：

　　安裝在外設中以隔離其上游端口。ADuM4160是以這個配置為基礎應用設計的，該設計極大地簡化了電源和控制配置(圖7)。

　　可用來隔離集線器以及集線器所有的下游外設(圖8)。

　　可用于隔離電纜(圖9)。

　　下面的示例給出了ADuM4160在這些應用中的連接方法。

　　在外設應用中(圖7)，外設有自己的電源，幾乎不需要從USB電纜獲得能量——只需約10毫瓦來驅動該隔離器的上游側和上拉電阻。由于外設以單一速度運行，該隔離器按期望的速度(全速或低速)設置以硬連線方式與外設連接。如果外設端口具有高速性能，那么，它在枚舉期間發送高速的“chirp”信號。這通常會啟動速度協商以實現高速操作，但ADuM4160會阻斷“chirp”信號并自動迫使高速外設運行在全速模式。對不帶電源的低功耗外設，可用隔離型DC/DC轉換器(如ADuM5000)給外設供電，而ADuM4160從USB電纜汲取能量。

　　圖7. 隔離的外設端口。

　　在作為集線器隔離器使用時，ADuM4160把集線器作為外設來對待(圖8)。ADuM4160設置為全速，其它部分與上面討論的標準外設類似。在ADuM4160的chirp功能干預下，集線器被迫以全速運行。即使ADuM4160以固定的速度運行，集線器芯片都可以連接到低速和全速設備的各種組合。集線器向下游端口的隔離器提供能量，枚舉可以以上電啟動或延遲啟動的方式進行。集線器要求提供的能量通常高于上游電纜通過隔離型DC/DC轉換器供電的能力。

　　圖8. 隔離的集線器。