ADuM4165/ADuM4166用于隔离式 USB 2.0 高速（上游时钟输入）的5.7kV rms 数字隔离器技术手册

概述
ADuM4165/ADuM4166^1^ 是 USB 2.0 端口隔离器，利用 ADI 公司的 iCouple^® ^技术，可根据需要，来动态支持所有 USB 2.0 数据速率，包括低速 (1.5 Mbps)、全速 (12 Mbps) 或高速 (480 Mbps)。这些套件支持具有自动速度协商的主机隔离以及外设隔离。

高速数据重新定时，以减少抖动，这需要外部时钟信号或晶体输入。ADuM4165 支持上游侧的时钟或晶振输入，ADuM4166 支持下游侧的时钟或晶振输入，是两种最适合系统设计的选项。

下游（2 侧）的低功耗待机模式支持可用功率有限的应用，例如电池供电的外设。上游（1 侧）待机电流满足 USB 2.0 暂停操作的要求。

这些隔离器的扩展工业温度范围为 −55°C 至 +125°C，采用 20 引脚、宽体、增加爬电距离的 SOIC_IC 封装，爬电距离和间隙为 8.3 mm。
数据表：*附件：ADuM4165 ADuM4166用于隔离式 USB 2.0 高速（上游时钟输入）的5.7kV rms 数字隔离器技术手册.pdf

应用

• USB 外设、USB 主机和 USB 集线器隔离
• 电子测试测量设备
• 医疗套件和集成 PC
• 用于调试或升级的工业 PC 和隔离式 USB 端口
• USB 隔离器模块和 USB 电缆隔离器
  特性
• USB 2.0 信号自动检测低速、全速和高速连接
  • 1.5 Mbps、12 Mbps 和 480 Mbps 数据速率
• 用于上游或下游端口的双向 USB 隔离器
  • 重新驱动和高速数据重新定时，以消除输入抖动和睁眼
  • 灵活的时钟输入选项
• 每侧 4.5 V 至 5.5 V VBUSx 或 3 V 至 3.6 V 操作
  • 21 mA 典型空闲、低速或全速模式供电电流
  • 48 mA 典型空闲、高速模式供电电流
• USB 2.0 挂起 (L2) 或断开时的超低功耗待机
  • 1.7 mA 典型低功耗待机、上游供电电流
  • 20 μA 典型低功耗待机、上游供电电流
• ±8000 V IEC 61000-4-2 ESD 跨隔离栅保护
• 通过 CISPR32/EN55032 B 类排放检测
• 高共模瞬变抗扰度：50 kV/μs（典型值）
• 安全和监管审批（申请中）
  • UL（申请中）：5700 V rms 持续 1 分钟，符合 UL 1577 标准
  • CSA 元件验收通知 5A（申请中）
    • IEC 62368-1、IEC 61010-1 和 IEC60601‑1
  • VDE 符合性证书（申请中）
    • DIN V VDE V 0884-11 (VDE V 0884-11):2017-01
    • VIORM = 849 VPEAK
• 工作温度范围：−55°C 至 +125°C
• 20 引脚、宽体、增加爬电距离 SOIC_IC 封装，爬电距离和净空为 8.3 mm

框图

引脚配置描述

典型性能特征

工作原理

ADuM4165/ADuM4166采用亚德诺半导体（Analog Devices, Inc.）的iCoupler技术实现电气隔离，该技术经过增强，可支持高达480Mbps的运行速度，兼容USB 2.0信号的全双工（包括复位）传输。为与USB 2.0规范的信号方向相匹配，这些隔离器集成了低、全、高速USB收发器和接收器，以及集成的相位锁定环（PLL），用于重新定时和内部同步。隔离器还包含控制逻辑，可自动控制数据传输的方向、速度（下拉、上拉或下拉至低于标准USB 2.0速度的低功耗模式），功耗更低。

自动数据传输与模式

ADuM4165/ADuM4166能够无缝地实现双向USB D+和D - 信号的隔离这一复杂任务，且无需外部USB控制器或收发器控制信号的干预。通过隔离器内部的控制逻辑，可实现与USB通信互不干扰的隔离。该控制逻辑会监测隔离器上游和下游D+和D - 波形的活动情况，并自动确定要执行的操作，包括对内部集成的USB收发器进行适当控制，而无需用户干预。隔离器会在输出端重构信号，同时保持精确的定时，且不传递无效的SE1状态。

此外，隔离器会传输枚举信号，将数据传输速度设置为低、全或高速。ADuM4165/ADuM4166在主机与外设之间实现高速模式枚举的示例如图17所示。建立低、全或高速USB连接后，数据传输方向由D+或D - 输入信号上的转换决定。只要端点方向建立，数据传输就会持续进行。当检测到足够长的空闲状态时，隔离器会禁用USB收发器。此时，隔离器会监测输出侧D+和D - 输入的下一次活动。

在数据传输过程中，隔离器的输入侧会禁用其USB收发器，同时保持其USB接收器处于活动状态。这样，输出侧在传输数据时，能够从输入侧接收有效的检测数据。对于数据传输，会自动控制哪一侧用于数据传输，从而使数据能够单向流动，不会错误地反馈回去。此外，还包含逻辑以消除USB接收器的差分和单端信号中的抖动。通过X1或X2引脚，隔离器可将隔离信号传输到另一侧。

重新定时及其他特性

为支持高速模式，隔离器会使用弹性缓冲器在输出端重新定时数据，该弹性缓冲器在最初24MHz参考时钟应用PLL锁定之前，与X1或X2相连。这种重新定时可消除抖动和偏差，从而在USB输出信号中提供清晰的眼图。根据输入信号的情况，重新定时可能会引入更少的定时误差。X1/X2参考时钟输入可以是外部晶体两端产生的振荡，也可以是外部时钟信号（连接到X1和XO，或X2和XO）。内部PLL参考时钟信号会通过隔离栅传输到另一侧。因此，只需要一个时钟输入。这两个版本的隔离器允许用户选择在输入端连接时钟：侧1用于ADuM4165，侧2用于ADuM4166。

通过弹性缓冲器进行的重新定时行为，与USB 2.0高速集线器内的行为等效，如第7.1.12节所述。如第7.1.10节所述，同步信号（SYNC）在接收数据包时，从数据包负载的开头开始，与EOP序列一起被剥离。隔离器会相应地从输出中丢弃多达4个高速SYNC数据包，作为其弹性缓冲功能的一部分。所有后续数据包的内容都会通过，包括剩余的SYNC数据包、数据包负载和EOP。没有数据被损坏。传播延迟符合USB 2.0高速重复器的要求。隔离器能够以高达2.0Gbps的速度重新定时数据，在数据重新定时、潜在的USB陡峭位和传播延迟方面，具有可接受的容差。

隔离器具有特殊的低功耗模式，以支持低功耗外设。如果隔离器的一侧未通电，或者外设与USB断开连接，隔离器会进入低功耗模式。在此模式下，一些电路会关闭，以降低功耗，特别是在电池供电的设备中，有助于延长电池寿命。如果检测到新的电源连接，隔离器会自动退出低功耗模式。如果检测到电源连接断开，隔离器会完全恢复到USB 2.0枚举或现有低功耗模式，根据D+、D - 上的信号适当地进行无缝转换，并在完成恢复时提供无抖动的上升沿和下降沿。

隔离器还在侧2上提供PGOOD输出，以指示侧1和侧2电源电压正常。如果两侧都有可用的电源，PGOOD会变为高电平。