ADUM3160全速/低速USB数字隔离器技术手册

概述
ADuM3160是一款采用ADI公司iCoupler^®^ 技术的[USB]端口隔离器，它将高速CMOS工艺与单片空芯变压器技术相结合，可提供优异的工作性能，并且很容易与低速和全速USB兼容外设集成。

许多微控制器实施的USB只向外部引脚提供D+和D−线路。这在许多情况下都符合需求，因为它仅需极少的外部器件，并简化了设计；不过，当需要隔离时，这会带来难题。由于USB线路必须在主动驱动D+/D−与允许外部电阻设置总线状态之间切换，因此ADuM3160结构既可以检测数据流向，同时也能够控制输出缓冲的状态。数据流向根据一个个分组确定。

ADuM3160将基于边沿检测的iCoupler技术与内部逻辑结合使用，可实现透明、易于配置、面对上游的端口隔离器。隔离上游端口具有电路简单、电源管理和操作稳健等多种优势。

这款隔离器的传播延迟与标准集线器和电缆的传播延迟相当。它可以采用任一侧的3.0 V至5.5 V电源电压供电，并能在内部将该电压调节至信号电平，从而与VBUSx直接相连。ADuM3160对上拉电阻进行隔离控制，以便外设能控制连接时序。该器件在空闲状态下的电流非常低，因此不需要挂起状态。
数据表：*附件：ADUM3160全速 低速USB数字隔离器技术手册.pdf

应用

*USB 外设隔离

• 隔离式USB集线器
• 中继器

特性

• 兼容USB 2.0
• 增强的系统级ESD保护性能，符合IEC 61000-4-x标准
• 采用4.0 V至5.5 V电源供电
  上游电源电流：7 mA（最大值，1.5 Mbps）
  上游电源电流：8 mA（最大值，12 Mbps）
  上游空闲电流：2.5 mA
• 双向通信
• 上游短路保护
• 工作温度最高可达105°C
• 低速和全速数据速率：1.5 Mbps和12 Mbps
• 高共模瞬变抗扰度：>25 kV/µs
• 提供[评估板]和[用户指南]
• 16 引脚宽体SOIC封装
• 安全和法规认证
  UL认证：2500 V rms（1分钟），符合UL 1577标准
  CSA 元件验收通知#5A
  IEC 60950-1：400 V rms（强化）
• VDE 合格证书
  DIN V VDE V 0884-10 (VDE V 0884-10):2006-12
  VIORM = 560 V峰值

框图

引脚配置描述

应用信息

功能描述

在 USB 规范中，D + /D - 线路的功能实现颇具挑战，原因有以下几点。首先，通常需要访问输出使能信号以控制收发器，这就要求在隔离栅中构建一定程度的智能，用于解读数据并确定何时启用和禁用上游及下游输出使能。其次，信号必须在隔离栅的另一侧准确重建，不能传递诸如振铃和预冲之类的瞬态信号，同时还要保持 SE0 和 SE1 状态。此外，该模块在挂起模式下必须满足低功耗要求。

iCoupler 技术基于边沿检测，因此非常适用于 USB 应用。数据的流动通过监测输入的活动和空闲状态来实现。在确定数据传输方向后，数据会一直传输，直到遇到数据包结束（EOP）或足够长的空闲状态。此时，耦合器会禁用其输出缓冲器并监测输入活动。在数据传输期间，耦合器的输出侧会保持输出缓冲器使能。输出侧的耦合器输出缓冲器使能采用边沿检测，不会回绕。这样，数据只能在一个方向上流动，而不会包装回输入缓冲器，从而使 iCoupler 锁存。定时基于差分输入信号转换，包含阈值以消除因瞬态输入逻辑电平差异导致的伪影。这三个有效状态（J、K 和 SE0）会作为输入状态之一跨隔离栅传输，并在输出侧以固定时间延迟重建差分信号。

该耦合器没有专门的挂起模式，也不需要专门的挂起模式，因为当其电流低于挂起电流限值（2.5 mA）时，USB 处于空闲状态。

ADuM3160 设计用于与上游 facing 低速 USB 端口接口，采用 D + /D - 线路。上游 facing 端口仅支持一种速度操作；因此，与速度相关的参数（J、K 逻辑电平、D + /D - 摆率）设置为匹配上游端口的速度，并且面向下游的端口（见表 10）也是如此。

ADuM3160 下游侧的控制线路激活空闲状态上拉电阻，当下游端口连接到上游端口或 USB 总线时，该上拉电阻可被禁用。

PIN 输入可与 3.3 V 控制逻辑信号连接，具体取决于是否必须控制 VISO 轨上电操作。

产品使用

ADuM3160 旨在集成到带有上游 facing USB 端口的 USB 外设中，如图 4 所示。其关键设计要点如下：

• USB 主机通过电缆为 ADuM3160 的上游侧供电。
• ADuM3160 的外设侧为下游侧供电。
• 隔离器接口的 D + /D - 线路和外设控制器的 UD + /UD - 线路与电缆或主机的固定数据速率连接。外设设备的电缆或主机的数据速率在设计时设定，ADuM3160 必须匹配该速率。SPU 和 SPD 由用户配置，用于在耦合器的上游和下游侧设置此速度。
• 当 D + 或 D - 线路被拉高时，USB 枚举开始。该事件下游侧的定时由耦合器的 PIN 输入控制。
• 上拉和下拉电阻在耦合器内部实现，仅需外部串联电阻和旁路电容即可操作。

除了上拉电阻的延迟应用外，ADuM3160 对 USB 流量完全透明，无需修改外设设计即可提供隔离。隔离器为信号添加了传播延迟，与集线器类似。在确定菊花链中集线器的最大数量时，隔离的外设必须按存在集线器处理。

集线器可像任何其他外设一样进行隔离，通过将 ADuM3160 放置在集线器芯片的上游侧即可实现隔离集线器。这种配置可使耦合器计入两个集线器延迟。集线器芯片允许 ADuM3160 全速运行，同时保持与低速设备的兼容性。