» » USB изолятор на базе ADUM4160 от Analog Devices

 
 
 
19

USB изолятор на базе ADUM4160 от Analog Devices

Разместил Datagor 14 июля 2013. Просмотров: 22 693

На просторах англоязычной Сети я обнаружил интересный проект — Изолятор USB порта компьютера (circuitsathome.com), который обеспечивает гальваническую развязку ПК и внешнего устройства.
Это не просто перевод, я решил провести небольшое исследование темы. Результатами спешу поделиться с вами, уважаемые сограждане.

А зачем это нужно?

Особенностью стандарта USB является то, что периферийные устройства имеют общую «землю» с USB-хостом и оказываются электрически связаны с «грязной землей» импульсного БП и соответственно всего ПК.
Если ваш компьютер не заземлен правильно (нужен отдельный действующий третий провод заземления в евророзетке), то кроме шумов и помех вы можете получить «фазу» сетевого напряжения и потенциал ок. 110В со всеми вытекающими.

USB изолятор позволяет избавиться от земляных петель, электрически отсоединяет «грязную землю», снижает уровень помех и шумов, предохраняет от повреждения и ПК и внешнее оборудование. Это особенно полезно при работе с измерительными приборами на базе ПК (USB-осциллографы, логические анализаторы и пр.) или в производственных условиях и является обязательным в медицинской аппаратуре.

В нашем звуковом приложении также будет полезным гальванически развязать ПК и внешний USB-ЦАП.
Промышленные USB-изоляторы стоят $200 … $400. Предлагаю немного сэкономить и получить новый опыт!

Как работает ADuM4160?

Analog Devices производит серию цифровых USB-изоляторов по запатентованной технологии iCoupler.
Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен только полноправным членам сообщества и подписчикам.
Пожалуйста, ознакомьтесь с условиями доступа.


Схема USB изолятора на ADuM4160

Схема проста и практически полностью повторяет схему из документации производителя.
Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен только полноправным членам сообщества и подписчикам.
Пожалуйста, ознакомьтесь с условиями доступа.



Испытания

Иллюстрация показывает сигнал 1 кГц аналогового калибратора, отображающийся с помощью осциллоскопической приставки Bitscope 310 USB DSO.

Амплитуда сигнала сверху вниз изменяется от 4В до 4 мВ. Левая колонка показывает форму сигнала с изолированным USB-портом, в правой колонке сигналы были получены с осциллоскопом, непосредственно включенным в тот же порт USB того же компьютера.

Полученные результаты могут быть легко интерпретированы: в то время как сигнал 4V выглядит почти однаково, более слабые сигналы содержат все больше и больше шумов. И наконец сигнал 4mV с неизолированного порта от Bitscope очень сложно разобрать, не говоря уже о померить.

Автор проекта, OLEG, пишет:

Я проверил эту схему в работе с моим компьютерным осциллоскопом Bitscope DSO и логическим анализатором Logicport, оба работают безупречно. Я также сделал обширный тест целостности данных путем перемещения и архивирования / распаковки больших файловых архивов на USB-флешке, подключенной к ПК через этот изолятор.
Я не обнаружил ни одной ошибки на более чем 100Gb переданных данных.


Файлы

Схема и разводка платы в Eagle. Плата под SMD-компоненты: микросхемы в SOIC, конденсаторы и резисторы 1206. Почти все компоненты на верхней стороне, на нижней — два полигона земель.
USB_Isolator_r_11.zip | Файл 54,82 Kb загружен 147 раз.

Плата в Sprint Layout 6.0 (прислал Евгений Red, подрихтовал Игорь Datagor):
ADUM-datagor.ru.lay6.7z | Файл 31,6 Kb загружен 176 раз.

Даташит на ADUM4160
ADuM4160.7z | Файл 239,72 Kb загружен 114 раз.

Источники

Описание проекта Oleg на circuitsathome.com (англ.)
Даташиты с сайта Analog Devices
UG-043: iCoupler ADuM4160/ADuM3160 USB Isolator Evaluation Board
Игорь Петрович Котов (Datagor)
Россия, Сибирь, г.Новокузнецк
Профиль Datagor
Основатель, владелец и главный редактор Журнала практической электроники datagor.ru.
Founder, owner and chief editor of datagor.ru.
 

Понравилось? Палец вверх!

  • всего лайков: 96

Поделись с друзьями!

Связанные материалы:


Схема на Датагоре. Новая статья Управляем нагрузкой по USB с помощью ПК и ATMega8... В наше время все больше находят применение устройства, позволяющие управлять нагрузками с помощью...
Схема на Датагоре. Новая статья МГТФ, МГШВ, МСТП, МЛТП, МПО, НВ, ПВ... Монтажные провода, кто они?... Последнее время на портале часто появляются вопросы от новичков в нашем увлечении - какие провода...
Схема на Датагоре. Новая статья Поделки начинающего цапостроителя. Часть 12. Призрак высокого конца - PCM63, AD1862.... «Эй, Макфлай! – взвизгнул он. – Никуда не уходи! Ты – следующий!» PCM63 и AD1862. Они пришли одной...
Схема на Датагоре. Новая статья Сделай сам 2.1 усилитель для портативного плеера. Чип MAX98400 - мощный усилитель класса D в действии... Компания MAXIM представила 11 ноября 2011г. обновленный Reference Design #4320В, который включает...
Схема на Датагоре. Новая статья Измерение индуктивности трансформатора или дросселя... Часто самодельщики-ламповики озадачены определением индуктивности обмотки(ок)...
Схема на Датагоре. Новая статья Миниатюрный полный USB-RS232 адаптер на CP-2102 для подключения микроконтроллера к компьютеру по USB... В продолжение к теме «Программатор AVR910», про маленькое устройство, хочу предоставить вашему...
Схема на Датагоре. Новая статья TDA7384... Микросхема TDA7384 представляет собой мостовой четырехканальный усилитель мощности ЗЧ с...
Схема на Датагоре. Новая статья TDA7454... Высокоэффективный 4х35Вт мостовой усилитель для CAR AUDIO. Работает в классе АВ, мало нагревается...
Схема на Датагоре. Новая статья TDA1552Q... УМЗЧ с мостовым оконечником, 2х22 Ватт, все виды защит, минимум внешних компонентов, изначально...
Схема на Датагоре. Новая статья STK4141... SANYO AF Power Amplifier (Split Power Supply) 25W+25W min, THD=0.08% Чипы STK4102II...
Схема на Датагоре. Новая статья LM3876... LM3876 эффеективно работает на частотах до 400 кГц, имеет внутреннюю ООС по постоянному току. ...
Схема на Датагоре. Новая статья LM3875... Этот замечательный чип размером не более ногтя большого пальца может выдавать продолжительно до 56...
<
  • Гражданин
14 июля 2013 21:07

Евгений / mr.red

  • С нами с 3.09.2012
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 12 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Штука интересная и нужная.
Только можно печатку в чем-то более демократичном, ну там картинкой или ПДэФкой, Eagle не установлен, да не "секу" я в нем ...

... ой ...
Можно импортировать через Sprint-Layout ...
Вопрос снимается.

<
  • Главный редактор
14 июля 2013 21:15

Игорь Петрович Котов / Datagor

  • С нами с 25.02.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 1 631 комментарий
  • 261 публикация
 
  • 0
Женя, ты не ошибся?
Научи нас, как импортировать Eagle в Sprint.

<
  • Гражданин
14 июля 2013 21:36

Евгений / mr.red

  • С нами с 3.09.2012
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 12 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
ОК.
Запускаем Sprint-Layou 6 (в пятом этого нет)...
Нажимаем "Файл" - "Gerber Импорт" ...
Вставляем файлы от ИГЛЫ ...
Вуаля ...

<
  • Главный редактор
14 июля 2013 22:13

Игорь Петрович Котов / Datagor

  • С нами с 25.02.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 1 631 комментарий
  • 261 публикация
 
  • 0
Не, герберы - это не форматы Eagle. Герберы можно получить из любой CAD-программы. Они оказались в папке с проектом лишь по доброй воле автора.
Женя, если у тебя получилась печатка в Спринте - присылай, я добавлю в статью от твоего имени.

<
  • Главный редактор
15 июля 2013 18:08

Игорь Петрович Котов / Datagor

  • С нами с 25.02.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 1 631 комментарий
  • 261 публикация
 
  • 0
Женя, спасибо! Файлик получил и подрихтовал немного - ты забыл импортировать Exеllon-файл сверления, это простой текстовый файлик в комплекте USB_Isolator.TXT
Также свой вариант импорт прислал Павел (Endl).
Друзья, чертеж проекта в народном Спринте прикрепил к статье.

Планирую сделать очень миниатюрную платку, только изолятор, без ИИП.
Толстая медь, маска, металлизация, надписи и т.п., вобщем обычное датагорское качество.
Предполагаемая цена вопроса 150...300 руб. (зависит от количества подписчиков).
Кто хочет заводские печатки, отмечайтесь в комментах.
Чип ADUM тоже планирую привезти.

Но, блин, как-то не вижу живого интереса.
dash

<
  • Гражданин
15 июля 2013 22:20

Александр / TonyR

  • С нами с 16.09.2012
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 8 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • -1
Возник вопрос - имеет ли смысл данный изолятор при наличии заземления в розетке?

<
  • Гражданин
15 июля 2013 22:52

Александр / Alexverb

  • С нами с 15.04.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 46 комментариев
  • 1 публикация
 
  • 0
Интерес появится, я думаю, позже ) не отказался бы от микросхемки. Печатку буду делать, наверное, одну, в рамках моей задумки о предварительном усилителе/USB-ЦАПе. Материал очень в тему!

<
  • Прохожий
16 июля 2013 03:24

/ pavel_1406

  • С нами с --
  • 0 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • +1
Цитата: TonyR
Возник вопрос - имеет ли смысл данный изолятор при наличии заземления в розетке?


На сколько я понимаю, дело тут даже не столько в заземлении. В серьезном устройстве врядли будет использоваться питание от компьютера, следовательно и источник будет свой. Может возникнуть ситуация, что потенциал земли БП компьютера, не равен потенциалу земли питальника устройства. Разность может быть - 10ки вольт. Как следствие - при соединении портов хана может прийти либо порту ЮСБ либо трансиверу устройства...

<
  • Гражданин
16 июля 2013 06:07

Юрий / shaytan

  • С нами с 25.01.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 72 комментария
  • 2 публикации
 
  • +1
Цитата: pavel_1406
Может возникнуть ситуация, что потенциал земли БП компьютера, не равен потенциалу земли питальника устройства. Разность может быть - 10ки вольт.

Нашел в документации на 4160 (если правильно понял) - максимальная амплитуда напряжение между входом и выходом - 846-848 В переменки, для обеспечения длительной безотказной работы - 565 В переменки.
ИМХО, такой изолятор может пригодиться именно в аудиоустройствах с usb-входом и сыграет более важную роль в разделении общих проводов и уменьшению наводок, чем как изолятор между двумя приборами с разным общими потенциалами...
Автору мой + за статью! drinks

<
  • Гражданин
16 июля 2013 22:00

Виктор / Sviteck

  • С нами с 11.12.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 7 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Есть юсби осциллограф, от микрухи не отказался бы. А сколько она может стоить ?

<
  • Главный редактор
16 июля 2013 23:21

Игорь Петрович Котов / Datagor

  • С нами с 25.02.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 1 631 комментарий
  • 261 публикация
 
  • 0
Виктор, здесь обсуждать денежные вопросы не будем.
Я постараюсь в ближайшее время описать все условия и открыть подписку на форуме.

<
  • Гражданин
18 июля 2013 00:57

Максим / Fox123

  • С нами с 3.03.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 5 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Полгода назад я применил такую развязку для USB ЦАПа на WM8740. Работает безупречно. Трудно сказать, насколько развязка влияет на улучшение характеристик устройства (без развязки не мерил), но с ней достигнуты такие показатели:
Гармонические искажения, %: 0.0017
Интермодуляционные искажения + шум, %: 0.0044
Уровень шума, дБ (А): -98.1

<
  • Гражданин
20 июля 2013 00:32

Владимир / vladomir

  • С нами с 6.09.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 46 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Да, м/с 4160 крутая! Будем искать...

<
  • Гражданин
21 июля 2013 22:09

Александр / AlViS

  • С нами с 25.09.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 98 комментариев
  • 1 публикация
 
  • 0
Занятная железка.
Хоть у меня и по оптике подключено, поэкспериментировать занятно. Ну, ещё смотря сколько стоить будет...

<
  • Гражданин
29 июля 2013 03:36

Михаил / Mike

  • С нами с 3.09.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 36 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Огромное спасибо автору за статью. Имею большой опыт выхода из строя дорогущих профессиональных USB-звуковых карт как раз из-за отсутствия гальванической развязки. Думаю, мои знакомые музыканты и звукорежиссеры по достоинству оценят сей девайс :)

<
  • Гражданин
3 августа 2013 14:51

Михаил / Godin0104

  • С нами с 10.02.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 113 комментариев
  • 5 публикаций
 
  • +1
На мой взгляд, статья крайне интересна вот с какой еще стороны. Широкое внедрение в практику импульсных блоков питания, да еще в аудиотехнике, сопровождается превознесением оных, как идеала. Но не все так идеально, и материал это наглядно демонстрирует. И еще, мы много времени проводим у компьютера, слушаем с "винта" музыку. Описанное устройство, позволяет вам не портить уши, если вы выводите сигнал на внешнее устройство не имеющего подобного буфера.

<
  • Кандидат
9 августа 2013 00:32

Люлин Владимир Иванович / levsha46

  • С нами с 7.07.2012
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 26 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Если будет в продаже подобный набор (плата +микросхема) обязательно куплю.
Хочу скомбинировать его с USB хабом, тем более он всё равно у меня подпитывается от отдельного ИП.

Безусловно штука очень нужная и полезная. Подпишусь на плату и микросхему. Собираюсь встроить в USB хаб, тем более он у меня всё равно подпитывается от отдельного ИП.

<
  • Гражданин
9 августа 2013 14:36

Всеволод / VDV

  • С нами с 4.01.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 6 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Спасибо автору за полезную статью.Это устройство всегда пригодится в работе

<
  • Гражданин
13 декабря 2013 12:30

Артём / Art_Ufa

  • С нами с 3.03.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 5 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • -1
Спасибо. Очень полезная статья. Знать бы про эту микруху года 3 назад, цел бы был ноут. После неудачных опытов с USB DAC умер он ((.

Информация
Вы не можете участвовать в комментировании. Вероятные причины:
— Администратор остановил комментирование этой статьи.
— Вы не авторизовались на сайте. Войдите с паролем.
— Вы не зарегистрированы у нас. Зарегистрируйтесь.
— Вы зарегистрированы, но имеете низкий уровень доступа. Получите полный доступ.