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为隔离式USB应用建立电源良好指示

虽说并非绝大多数,但很多现代微处理器都内置了USB控制器端口。虽然该端口提供的很多特性为USB标准所专有,但在部署中依然存在很大的自由度。某些控制器依靠外部收发器作为电缆接口,但这些器件的数量正在减少。其他处理器提供电缆就绪D+/D-差分对(包括适当的上拉和下拉),可在寄存器控制下实现完整的接口。

 

在这两个极端之间的处理器能够提供D+/D-,但具有额外分立引脚用于上拉控制和电缆电源检测(电源良好)。这种折衷的部署方案具有更高的灵活性,但也更需要隔离接口。

 

我们经常会收到提问,咨询如何使用ADI ADuM4160/ADuM3160 USB数字隔离器处理折衷情况下的隔离。隔离器提供控制功能(比如PIN功能),允许带有分立式上拉控制引脚的处理器将该信号传送至隔离器的上游侧。某些处理器也会集成电源良好输入。当电源施加于电缆上时,处理器可对其进行监控。ADI隔离器并不提供支持该特性的明确方法。有多种方式建立可以接受的电源良好信号。

 

第一种——也是最简单的方法——是将其连接到处理器电源端。这使处理器认为USB电缆始终处于连接状态,哪怕并未插入任何设备。大多数情况下,USB硬件可以对其进行处理,而不会产生任何问题。

 

如果应用可以通过隔离式DC-DC转换器从USB电缆获取电源(如USB评估套件中的可选器件ADuM5000),那么电源良好信号可以从转换器输出产生。这是最接近通过处理器实现电源良好信号的一种方案。它指示存在真实的电源。另一方面,如果外设已经有了电源,并且可以监控其电源良好输入,那么很有可能该应用无需DC-DC转换器;这种情况在隔离式系统中无需讨论。

 

最后,可以加入额外的隔离式信号通道,以便检测上游USB连接器何时存在电源。当然,我推荐采用诸如ADuM1100之类的器件发送一个信号,以便指示电缆连接器上存在电源。但为了0.00001Hz的信号而采用一个50MHz器件有点太过大材小用了。有时候,应用对性能无要求,且对环境的要求不高,那么最佳的解决方案可能并非是最为精巧的解决方案。虽然极不情愿,但不得不说,廉价的光耦合器可以恰到好处而便宜地实现这一功能。

 

如图1所示,廉价的光耦合器方案对总线的功耗要求很低,因此不会有悖于待机功耗要求;它也不存在速度方面的要求,只要它能最终将信号传输到次级端即可。有一类光耦合器几乎完全符合这些描述——高增益4引脚达林顿耦合器。这类器件的CTR高于2000%,因此虽然速度极为缓慢,但它们的功耗极低;它们是将小数字信号跨越隔离栅传输的极为廉价的方法。因此这个不错的功能使光耦合器免遭完全淘汰的命运,至少现在如此

 

博主
lilian.hong@analog.com
ADI iCoupler® 数字隔离器
利用获奖技术iCoupler®和isoPower®的数字隔离器、隔离收发器和隔离模数转换器能够在设计中实现隔离,设计师可以摆脱光耦合器的成本、尺寸、功耗、性能和可靠性限制,在设计中实现出色的隔离性能。目前已有5亿个以上的隔离通道投入应用。这些磁性隔离产品安全可靠且易于使用,是光耦合器的理想替代产品。
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