USB изолятор на базе ADUM4160 от Analog Devices

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.

↑ Схема USB изолятора на ADuM4160

Схема проста и практически полностью повторяет схему из документации производителя.

↑ 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  54.82 Kb ⇣ 207

Плата в Sprint Layout 6.0 (прислал Евгений Red, подрихтовал Игорь Datagor):
🎁ADUM-datagor.ru.lay6.7z  31.6 Kb ⇣ 258

Даташит на ADUM4160
🎁ADuM4160.7z  239.72 Kb ⇣ 165

↑ Источники

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

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации