» » USB изолятор на базе ADUM4160 от Analog Devices

 
 
 

USB изолятор на базе ADUM4160 от Analog Devices

📆14.07.13 🙋Datagor 👀32 546 💬21
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. Наш журнал существует на пожертвования читателей. Полный вариант этой статьи доступен только меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа!


Схема USB изолятора на ADuM4160

Схема проста и практически полностью повторяет схему из документации производителя.
Исключён фрагмент. Наш журнал существует на пожертвования читателей. Полный вариант этой статьи доступен только меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия 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 🕗 14/07/13 ⚖️ 54,82 Kb ⇣ 173

Плата в Sprint Layout 6.0 (прислал Евгений Red, подрихтовал Игорь Datagor):
ADUM-datagor.ru.lay6.7z 🕗 15/07/13 ⚖️ 31,6 Kb ⇣ 211

Даташит на ADUM4160
ADuM4160.7z 🕗 14/07/13 ⚖️ 239,72 Kb ⇣ 135

Источники

Описание проекта Oleg на circuitsathome.com (англ.)
Даташиты с сайта Analog Devices
UG-043: iCoupler ADuM4160/ADuM3160 USB Isolator Evaluation Board
Игорь 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.
 

Читательское голосование

Нравится

Статью одобрили 60 читателей.

Для участия в голосовании зарегистрируйтесь и войдите на сайт с вашими логином и паролем.
 

Поделись с друзьями!

 

 

Связанные материалы

 

Схема на Датагоре. Новая статья Тестер теплоотводов... Ранее неоднократно на Датагоре встречался вопрос о том, какую мощность может рассеять некий...
Схема на Датагоре. Новая статья Hi-Fi аудиоплеер на базе миникомпьютера «Raspberry Pi». Часть 2. ЦАП на CS4350 и БП... Всем привет! В этой части я расскажу вам о цифро-аналоговом преобразователе на основе чипа CS4350...
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 USB адаптер для чтения и программирования цифровых термостатов MAXIM/DALLAS DS1821... В статье описано, как за час сделать простой USB-адаптер для чтения/записи цифровых термометров...
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 Бездроссельный автомобильный блок питания на IRS2153 для ноутбука и IPhone... Возникла необходимость запитать свой ноутбук от бортовой сети автомобиля. Не люблю возиться с...
Схема на Датагоре. Новая статья Аудио ЦАП DAC. Поделки начинающего цапостроителя. Часть 12. PCM63, AD1862... «Эй, Макфлай! – взвизгнул он. – Никуда не уходи! Ты – следующий!» PCM63 и AD1862. Они пришли одной...
Схема на Датагоре. Новая статья Усилитель 2.1 для портативного плеера. Чип MAX98400 - мощный усилитель класса D в действии... Компания MAXIM представила 11 ноября 2011 г. 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 Макросы ламповых панелек для Sprint Layout 5.0... Собрался я тут изготовить ламповый стабилизатор для усилителя, а макросов ламповых панелек для...
Схема на Датагоре. Новая статья NE5532, SA5532, SE5532, NE5532A, SE5532A... Сдвоенный операционный усилитель с низкими шумами и внутренними цепями компенсации. Чип 5532 -...
<

mr.red

Евгений Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 1 от 14-07-13, 21:07.
Ответить
  • С нами с 3.09.2012
  • 12 комментариев
  • 0 публикаций
 
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.

<

Datagor

Игорь Котов Читатель Датагора
  • Главный редактор
Комментарий # 2 от 14-07-13, 21:15.
Ответить
  • С нами с 26.02.2006
  • 2 174 комментария
  • 272 публикации
 
Женя, ты не ошибся?
Научи нас, как импортировать Eagle в Sprint.

<

mr.red

Евгений Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 3 от 14-07-13, 21:36.
Ответить
  • С нами с 3.09.2012
  • 12 комментариев
  • 0 публикаций
 
ОК.
Запускаем Sprint-Layou 6 (в пятом этого нет)...
Нажимаем "Файл" - "Gerber Импорт" ...
Вставляем файлы от ИГЛЫ ...
Вуаля ...

<

Datagor

Игорь Котов Читатель Датагора
  • Главный редактор
Комментарий # 4 от 14-07-13, 22:13.
Ответить
  • С нами с 26.02.2006
  • 2 174 комментария
  • 272 публикации
 
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.

<

Datagor

Игорь Котов Читатель Датагора
  • Главный редактор
Комментарий # 5 от 15-07-13, 18:08.
Ответить
  • С нами с 26.02.2006
  • 2 174 комментария
  • 272 публикации
 
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

<

TonyR

Александр Читатель Датагора
  • Кандидат
Комментарий # 6 от 15-07-13, 22:20.
Ответить
  • С нами с 16.09.2012
  • 8 комментариев
  • 0 публикаций
 
Возник вопрос - имеет ли смысл данный изолятор при наличии заземления в розетке?

<

Alexverb

Александр Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 7 от 15-07-13, 22:52.
Ответить
  • С нами с 15.04.2009
  • 47 комментариев
  • 1 публикация
 
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!

<

pavel_1406

Читатель Датагора
  • Прохожий
Комментарий # 8 от 16-07-13, 3:24.
Ответить
  • С нами с --
  • 0 комментариев
  • 0 публикаций
 
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...

<

shaytan

Юрий Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 9 от 16-07-13, 6:07.
Ответить
  • С нами с 25.01.2010
  • 76 комментариев
  • 2 публикации
 
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

<

Sviteck

Виктор Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 10 от 16-07-13, 22:00.
Ответить
  • С нами с 11.12.2009
  • 7 комментариев
  • 0 публикаций
 
Есть юсби осциллограф, от микрухи не отказался бы. А сколько она может стоить ?

<

Datagor

Игорь Котов Читатель Датагора
  • Главный редактор
Комментарий # 11 от 16-07-13, 23:21.
Ответить
  • С нами с 26.02.2006
  • 2 174 комментария
  • 272 публикации
 
Виктор, здесь обсуждать денежные вопросы не будем.
Я постараюсь в ближайшее время описать все условия и открыть подписку на форуме.

<

Fox123

Максим Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 12 от 18-07-13, 0:57.
Ответить
  • С нами с 3.03.2010
  • 5 комментариев
  • 0 публикаций
 
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

<

vladomir

Владимир Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 13 от 20-07-13, 0:32.
Ответить
  • С нами с 6.09.2009
  • 46 комментариев
  • 0 публикаций
 
Да, м/с 4160 крутая! Будем искать...

<

AlViS

Александр Читатель Датагора
  • Кандидат
Комментарий # 14 от 21-07-13, 22:09.
Ответить
  • С нами с 25.09.2010
  • 98 комментариев
  • 1 публикация
 
Занятная железка.
Хоть у меня и по оптике подключено, поэкспериментировать занятно. Ну, ещё смотря сколько стоить будет...

<

Mike

Михаил Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 15 от 29-07-13, 3:36.
Ответить
  • С нами с 3.09.2011
  • 37 комментариев
  • 0 публикаций
 
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 :)

<

Godin0104

Михаил Резниченко Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 16 от 03-08-13, 14:51.
Ответить
  • С нами с 10.02.2010
  • 120 комментариев
  • 5 публикаций
 
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.

<

levsha46

Люлин Владимир Иванович Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 17 от 09-08-13, 0:32.
Ответить
  • С нами с 7.07.2012
  • 29 комментариев
  • 0 публикаций
 
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.

<

VDV

Всеволод Читатель Датагора
  • Кандидат
Комментарий # 18 от 09-08-13, 14:36.
Ответить
  • С нами с 4.01.2009
  • 6 комментариев
  • 0 публикаций
 
Спасибо автору за полезную статью.Это устройство всегда пригодится в работе

<

Art_Ufa

Артём Читатель Датагора
  • Кандидат
Комментарий # 19 от 13-12-13, 12:30.
Ответить
  • С нами с 3.03.2010
  • 5 комментариев
  • 0 публикаций
 
Спасибо. Очень полезная статья. Знать бы про эту микруху года 3 назад, цел бы был ноут. После неудачных опытов с USB DAC умер он ((.

<

Алексей

Читатель Датагора
  • Прохожий
Комментарий # 20 от 13-02-18, 12:52.
Ответить
  • С нами с --
  • 0 комментариев
  • 0 публикаций
 
Игорь, приветствую!
А никто не тестировал ADUM при длинном кабеле host-to-adum? Что там на осциллограммах будет если ADUM подключать к хосту с помощью, например, UTP 5cat? Можно ее использовать в качестве регенератора USB-сигнала?

<

Datagor

Игорь Котов Читатель Датагора
  • Главный редактор
Комментарий # 21 от 13-02-18, 17:33.
Ответить
  • С нами с 26.02.2006
  • 2 174 комментария
  • 272 публикации
 
Цитата: Алексей
Можно ее использовать в качестве регенератора USB-сигнала?
Вы мыслите получить некий USB-удлинитель? Это врядли. straight

Из старенького вспомнился удлинитель USB по витой паре «Unitek Y-2507». До 100 метров.

Добавление комментария


Налетай! Паяльники, станции, жала с доставкой

Офигенная миниатюрная рация на литии BaoFeng UV-5R, 5W, 5-15 км!

Тестер универсальный LCR-TC1 для транзисторов, конденсаторов, ESR, MOSFET и т.д.
  • smilelolhellowinkscepticthumbupbored
    crazybadcryingsadirefulsickstraight
    ballooncakegooddrinksmailbombsun
    nightrainstarscolddashpartyhandshake
    musicnegativenowordspardonshoksleepunknown
    wackoyawnsainthelmethashsmokingwhew


Скопируйте текст вашего комментария на случай неверного ответа на контрольный вопрос.