ISOUSB111：隔离式USB中继器的卓越之选

在电子设备的设计中，USB接口的应用广泛且关键，而对于需要隔离功能的USB连接场景，ISOUSB111隔离式USB中继器是一款值得关注的产品。今天，我们就来深入了解一下这款产品。

文件下载：isousb111.pdf

一、产品概述

ISOUSB111是一款符合USB 2.0标准的电流隔离式中继器，支持低速（1.5 Mbps）和全速（12 Mbps）信号传输。它具备自动速度和连接检测功能，能反射上拉/下拉电阻，还支持链路电源管理，可轻松实现USB集线器、主机、外设和电缆的隔离。此外，该产品还支持自动角色反转，适用于USB On-The-Go（OTG）和Type-C®双角色端口（DRP）设计。

二、产品特性亮点

（一）电气特性

1. 信号速率支持：支持低速（1.5 Mbps）和全速（12 Mbps）信号，满足不同设备的通信需求。
2. 电源范围灵活：(V{BUS})电压范围为4.25V至5.5V，内部集成3.3V LDO，可根据实际情况选择合适的供电方式。当有4.25V至5.5V的电源（如USB VBUS电源）时，可连接到(V{BUS})，内部LDO生成(V{3P3V})；若没有该电源，也可将(V{BUS})和(V_{3P3V})连接到外部3.3V电源。
3. 低功耗模式：支持L1（睡眠）和L2（暂停）低功耗状态，在设备空闲时可有效降低功耗。
4. 高CMTI：共模瞬态抗扰度（CMTI）高达100kV/µs，能有效抵抗共模干扰，保证信号传输的稳定性。

（二）安全特性

1. 隔离性能：采用二氧化硅（(SiO{2})）绝缘屏障，隔离耐压高达(5000V{RMS})，工作电压为(1500V_{RMS})，能有效保护设备免受高压影响，防止总线噪声电流进入本地接地。
2. 安全认证：获得了多项安全相关认证，如(8000V{PK} V{IOTM})和(2121V{PK} V{IORM})（加强型）认证（符合DIN EN IEC 60747 - 17（VDE 0884 - 17））、(5000V_{RMS})隔离1分钟认证（符合UL 1577），以及IEC 62368 - 1、IEC 60601 - 1和IEC 61010 - 1等认证，为产品的安全性提供了有力保障。

（三）封装与温度特性

1. 封装选项：提供16 - SOIC和16 - SSOP两种封装选项，可根据实际应用场景选择合适的封装。
2. 宽温度范围：环境温度范围为 - 40°C至125°C，能适应各种恶劣的工作环境。

三、引脚配置与功能

ISOUSB111的引脚配置根据不同的封装（16 - SOIC和16 - SSOP）有所不同，但主要功能相似。以下是一些主要引脚的功能介绍：

• (V{BUS1})和(V{BUS2})：分别为两侧的输入电源引脚，可连接4.25V至5.5V的电源（如USB电源总线），内部LDO会生成(V_{3P3V})；若没有该电源，也可连接外部3.3V电源。
• GND1和GND2：分别为两侧的接地引脚，提供接地参考。
• UD + 和UD -：上游端口的D + 和D - 引脚，用于连接主机或集线器。
• DD + 和DD -：下游端口的D + 和D - 引脚，用于连接外设。

四、应用场景

（一）USB隔离应用

可用于USB集线器、主机、外设和电缆的隔离，有效防止不同设备之间的电气干扰，提高系统的稳定性和可靠性。

（二）医疗领域

在医疗设备中，对电气隔离和安全性要求较高，ISOUSB111的高隔离性能和安全认证使其非常适合用于医疗设备的USB接口隔离，保障患者和设备的安全。

（三）工业自动化

在工厂自动化、电机驱动和电网基础设施等领域，环境复杂，干扰较大，ISOUSB111的高CMTI和宽温度范围特性使其能够在恶劣环境下稳定工作，实现USB通信的可靠隔离。

（四）音频应用

在USB音频设备中，可实现音频信号的隔离传输，减少噪声干扰，提高音频质量。

五、设计注意事项

（一）电源设计

1. 建议在(V{3P3Vx})引脚附近靠近GNDx放置0.1µF的电容，在(V{BUSx})引脚附近靠近GNDx放置1µF的电容，以进行电源去耦。
2. 在隔离主机/集线器或总线供电外设时，需要使用隔离电源，可借助变压器驱动器（如TI的SN6505B）来生成隔离电源。

（二）布局设计

1. 采用两层PCB设计即可实现低EMI设计。将高速信号（D + 和D - ）布线在顶层，避免使用过孔，以减少电感引入，确保数据链路的发射和接收电路与隔离器之间的互连干净。
2. 尽量缩短从MCU到ISOUSB111以及从ISOUSB111到连接器的D + /D - 板上走线长度，避免D + /D - 线上出现过孔和短截线。
3. 在高速信号层下方放置实心接地平面，为传输线互连建立受控阻抗，并为回流电流提供低电感路径。D + 和D - 走线应设计为90Ω差分阻抗和尽可能接近45Ω单端阻抗。
4. 将电源平面与接地平面相邻放置，可产生约(100 pF / in^{2})的额外高频旁路电容。
5. 去耦电容应放置在顶层，且电容与相应电源和接地引脚之间的布线应在顶层完成，布线路径中不应有过孔。
6. ESD结构应放置在顶层，靠近连接器，直接位于D + /D - 走线上，无过孔。ESD结构的接地布线尽量在顶层完成，若无法在顶层完成，应通过多个过孔与接地平面建立强连接。
7. 低速控制信号可布线在底层，以提供更大的布线灵活性。

六、总结

ISOUSB111作为一款高性能的隔离式USB中继器，具有丰富的特性和广泛的应用场景。在设计过程中，合理的电源设计和布局设计是确保其性能发挥的关键。电子工程师在选择USB隔离解决方案时，ISOUSB111是一个值得考虑的优秀产品。大家在实际应用中有没有遇到过类似产品的设计挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。