LTM2894隔离型USB数据收发器技术手册

概述
LTM2894 是一款完整的电流隔离型 μModule ^®^ 微型模块) 收发器，可兼容 USB 2.0 规格。

LTM2894 非常适合在主机、集线器、总线分离器或外设应用中提供隔离。 其可兼容 USB 2.0 全速 (12Mbps) 和低速 (1.5Mbps) 操作规范。 自动速度选择功能电路负责配置上游端口上的集成型上拉电阻器以与下游器件上的检测速度相匹配。

隔离器μModule 技术采用耦合电感器以在上游和下游 USB 接口之间提供 7500VRMS 的隔离和 17.4mm 爬电。 该器件非常适合那些需要隔离式接地回路或很大共模电压变化的系统。 在共模瞬变 > 50kV/μs 的情况下，可以保证不间断的通信。

增强的 ESD 防护能力使得该器件能够在至局部电源的 USB 收发器接口引脚上承受高达±20kV HBM (人体模型) 和通过至电源的隔离势垒承受 ±20kV ，而不会发生闭锁或受损现象。
数据表：*附件：LTM2894隔离型USB数据收发器技术手册.pdf

应用

• 隔离型 USB 接口
• 主机、集线器或设备隔离
• 工业 / 医疗数据采集

特性

• 隔离型 USB 收发器：7500VRMS (持续 1 分钟)
• 正待 UL-CSA 标准认可
• 增强型绝缘
• 可兼容 USB 2.0 全速和低速规格
• 总线速度的自动配置
• 4.4V 至 36V VBUS 和 VBUS2 工作范围
• 3.3V LDO 输出电源信号基准 VLO 和 VLO2
• 可承受高共模瞬变：50kV/μs
• ±20kV HBM ESD：在 USB 接口引脚上
• 1414VPEAK 最大连续工作电压
• 17.4mm 爬电距离
• 22mm x 6.25mm 表面贴装型 BGA 封装

典型应用

引脚配置描述

电特性

典型性能特征

引脚功能

上游侧

• D1 -（A1） ：USB 数据总线上游负向收发器引脚。自动配置一个 1.5kΩ 上拉电阻，用于指示 D1 - 引脚的空闲状态。
• D1 +（A2） ：USB 数据总线上游正向收发器引脚。自动配置一个 1.5kΩ 上拉电阻，用于指示 D1 + 引脚的空闲状态。
• ON（A3） ：使能。启用通过隔离屏障的数据通信。若 ON 为高电平，上游侧启用；若 ON 为低电平，上游侧处于复位状态。ON 引脚相对于 VLO 和 GND 进行参考。
• VLO（A4） ：上游侧 3.3V 低压差稳压器（LDO）的电源输出引脚。VLO 引脚用作 ON 引脚的正参考电压，可支持高达 10mA 的剩余电流用于控制电路。此引脚内部集成 4.4μF 陶瓷旁路电容。
• GND（A5，B1 - B6） ：上游侧电路地。
• VBUS（A6） ：上游 USB 收发器的电源输入引脚。推荐工作电压范围为 4.4V 至 36V，相对于 VBUS 或外部电源参考。此引脚内部集成 0.3μF 陶瓷旁路电容。

下游侧

• GND2（W1 - W6，X5） ：下游侧电路地。
• D2 -（X1） ：USB 数据总线下游负向收发器引脚。此引脚有一个连接到 GND2 的 15kΩ 下拉电阻。
• D2 +（X2） ：USB 数据总线下游正向收发器引脚。此引脚有一个连接到 GND2 的 15kΩ 下拉电阻。
• ON2（X3） ：使能。启用通过隔离屏障的数据通信。若 ON2 为高电平，下游侧启用；若 ON2 为低电平，下游侧处于复位状态。ON2 引脚相对于 VLO2 和 GND2 进行参考。
• VLO2（X4） ：下游侧 3.3V 低压差稳压器（LDO）的电源输出引脚。VLO2 引脚可支持高达 10mA 的剩余电流用于低电压设备。此引脚内部集成 4.4μF 陶瓷旁路电容。
• VBUS2（X6） ：隔离式下游 USB 收发器的电源输入引脚。推荐工作范围为相对于 GND2 的 4.4V 至 36V。此引脚内部集成 0.3μF 陶瓷旁路电容。

框图

应用信息

USB连接性

LTM2894 μModule收发器可直接连接到上游侧和下游侧的USB端口，无需额外外部组件。该收发器会传输所有数据，并不充当集线器或智能设备。总线线路会监测空闲状态、数据包的起始和结束，以正确维持总线速度和数据方向。串联电阻、上拉和下拉电阻都集成在LTM2894中。上游USB端口包含自动配置的1.5kΩ上拉电阻，这些电阻会根据下游侧外设设备的配置接入或断开。这种实现方式允许上游报告下游总线速度和连接/断开状态。内置的15kΩ下拉电阻集成在D2+和D2 - 信号中，以支持下游总线配置。

通过监测USB数据引脚，LTM2894可检测到K状态以开始数据包传输并设置数据方向。数据在数据包结束信号出现前会受到监测，在检测到J状态后结束传输。K状态与J状态之间的数据负载会通过LTM2894隔离器传输，延迟约为80ns。

空闲状态通信

LTM2894 μModule收发器通过监测下游侧总线空闲状态，并以一致的速率跨隔离屏障刷新状态，来维持USB总线空闲状态。此外，LTM2894会监测已连接的下游外设的速度，并相应地调整自身运行状态。图4展示了总线速度自动监测与报告的简化电路。D2+或D2 - 信号会被监测，以检测D2+或D2 - 上拉电阻的连接情况，结果将被处理为全速或低速，否则视为断开连接。空闲状态会传输到上游侧。SW1和SW2的切换由接收到的信息控制。当检测到D2+有上拉电阻且D2 - 开路时，SW1闭合；当检测到D2 - 有上拉电阻且D2+开路时，SW2闭合。如果SW1和SW2都断开，则表示下游USB总线已断开连接。在USB挂起期间，上拉电阻会维持检测到挂起命令前的状态。

挂起模式

当上游USB总线空闲超过3ms时，LTM2894将进入挂起模式。进入挂起模式后，VLO电源会将电流消耗降至2mA以下。LTM2894会在检测到断开连接、重新连接以及下游发起的恢复信号时退出挂起模式（当LTM2894作为集线器、主机或外设设备时）。上游收发器会监测并报告下游收发器的断开连接和重新连接情况。当检测到数据状态变化时，会从挂起模式恢复，恢复时间可能长达10μs。在挂起模式下，从VLO流入外部电路的直流电流将由VBUS提供，且可能超过USB规范规定的限制。VBUS2电流在挂起模式下不会减少。

VLO和VLO2电源

VLO和VLO2输出电源引脚可作为低电流3.3V电源，用于隔离屏障两侧。它们还为USB接口电路供电。内部线性稳压器会在VLO上保持3.3V电压。单独的线性稳压器会从VBUS2在VLO2上保持3.3V电压。外部应用的电流限制为10mA。超过此限制可能会导致VLO或VLO2电源出现故障，以及USB隔离器运行异常。将信号连接到VLO或VLO2不会对可用电源产生显著影响。这些电源可用于支持隔离USB端口的接口逻辑。为满足挂起模式电流限制并最小化外部应用在VLO输出上的直流电流，VLO和VLO2具备过流和过热保护功能。

电源电流

LTM2894多个输出电源引脚的负载会影响VBUS上的电源电流消耗。VBUS输入电源为收发器的上游侧以及VLO引脚供电。VBUS2输入电源为收发器的下游侧以及VLO2引脚供电。