Galvanické oddělení USB
Konstrukce zařízení
Zákadem zařízení je integrovaný obvod ADuM4160. Typické zapojení tohoto obvodu můžeme nalézt v data sheetu [1].
Obvod si můžeme pomyslně rozdělit na dvě poloviny, na část s piny 1 až 8 a na část s piny 9 až 16. Části mají vlastní napájení, které musí být galvanicky odděleno. Obě strany můžeme napájet napětím 4,5 až 5,5V, k čemuž se obvykle používá USB sběrnice. Nebo můžeme obvod napájet externím zdrojem s napětím 3,3V. V konstrukci byla zvolena první možnost. Každá ze dvou částí obvodu má dva napájecí piny VBUS a VDD. Při napájení z USB sběrnice se napětí přivede na pin VBUS, pin VDD pak slouží pro nastavení logických úrovní na vstupních pinech obvodu. Pokud by byl obvod napájen napětím 3,3V, bylo by nutné tyto piny propojit.
Aby bylo možné k přístroji připojovat také USB zařízení bez vlastního napájení, je součástí zapojení integrovaný obvod ADuM5000. Pokud jej zapojíme podle datasheetu [2], což znamená vhodně propojit piny a připojit proti zemi na napájení a výstup kondenzátory, dostaneme na výstupu tohoto obvodu galvanicky oddělené napájení, které je využito k napájení druhé půlky obvodu ADuM4160 a připojeného zařízení. Některá přípojná zařízení mají vyšší proudový odběr. Pak není vhodné celé zapojení napájet s USB sběrnice. Připojením externího zdroje s napětím 5V na konektor X3 a přepojením jumperu JP3 dosáhneme toho, že připojené zařízení je odnapájeno tímto zdojem.
Piny SPU a SPD obvodu ADuM4160 slouží k nastavování rychlosti. Jsou vyvedeny na jumpery JP1 a JP2. Pro plnou rychlost je potřeba piny připojit na pin VDD, čili propojit u jumperů piny 2 a 3. Pro pomalou rychlost se musí propojit piny 1 a 2. Při provozu je vždy nutné, aby jumpery JP1 a JP2 byly stejně propojené a nezůstávaly nezapojené. Datové linky UD+, UD-, DD+ a DD- se k USB konektorům připojují pomocí rezistorů. Zbývající piny PDEN a PIN jsou při standartním provozu připojeny na VDD1 respektive GND2.
Popsaná konstrukce z části odpovídá vývojové desce UG-043 od Analog Devices [3]. Ovšem zde popsaná konstrukce je svým pojetím určena pro přímé použití. Je tedy jednodušší a menší.
| Označení | Hodnota | Pouzdro |
| C1 - C8 | 100nF | C1206 |
| C9 - C10 | 10μF/16V | SMC_A |
| R1 - R4 | 24Ω | M1206 |
| R5 | 470Ω | M1206 |
| IC1 | ADuM4160 | SO16 |
| IC2 | ADuM5000 | SO16 |
| LED1 | LED dioda | 3mm |
| Označení | Typ |
| JP1 - JP3 | Jumper 3 piny |
| X1 | USB-A zásuvka do DPS |
| X2 | USB-B zásuvka do DPS |
| X3 | napájecí zdířka Φ2,1 x 5,5mm |
Obrázek 1: Schéma zapojení.
Oživení
Po osazení desky plošných spojů součástkami ze strany spojů, které jsou znázorněny na obrázku 2, a součáskami pro klasickou montáž ze strany součástek znázorněných na obrázku 3, propojíme u jumperů JP1 a JP2 piny 2 a 3. U jumperu JP3 propojíme piny 1 a 2. Nyní můžeme zapojit zařízení do osobního počítače. Měla by se rozsvítit LED dioda, která signalizuje, že galvanicky odedělená část je napájena přes obvod ADuM5000.
Pokud LED dioda svítí, tak můžeme zapojit USB zařízení, které jsme chtěli galvanicky oddělit.
Obrázek 2: Osazená DPS ze strany součástek.
Obrázek 3: Osazená DPS ze strany spojů.
Obrázek 4: Rozložení součástek USB isolátoru při provedení na univerální desce.
Obrázek 5: DPS (rozlišení 600dpi).
Download
- usb_iso.sch - schéma vytvořené program EAGLE 4.16
- usb_iso.brd - DPS vytvořené program EAGLE 4.16
- usb_iso_partlist.txt - seznam součástek vyexportovaný program EAGLE 4.16
- usb_isolator.pdf - dokumentace k USB isolátoru (verze pro tisk)
Reference
[1] ADuM4160, Data Sheet Rev B, Analog Devices, Inc., srpen 2010 http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADuM4160.pdf.[2] ADuM5000, Data Sheet Rev A, Analog Devices, Inc., listopad 2010 http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADuM5000.pdf.
[3] UG-043: Evaluation Board User Guide, Rev A, Analog Devices, Inc., listopad 2010 http://www.analog.com/static/imported-files/user_guides/UG-043.pdf.