ALLGEMEINE BESCHREIBUNG

Der ADuM31601 ist ein USB-Port-Isolator, der auf der iCouple-Technologie von Analog Devices, Inc. basiert. Durch die Kombination von Hochgeschwindigkeits-CMOS und monolithischer Luftkern-Transformatortechnologie bietet dieses Isolationsbauteil herausragende Leistungsmerkmale und lässt sich leicht in USB-kompatible Peripheriegeräte mit niedriger und voller Geschwindigkeit integrieren. Viele Mikrocontroller implementieren USB so, dass sie nur die D+ und D- Leitungen an externe Pins weiterleiten. Dies ist in vielen Fällen wünschenswert, da es die Anzahl der externen Komponenten minimiert und das Design vereinfacht; es stellt jedoch eine besondere Herausforderung dar, wenn eine Isolierung erforderlich ist. Da die USB-Leitungen zwischen der aktiven Ansteuerung von D+/D- und der Einstellung des Buszustands durch externe Widerstände wechseln müssen, bietet der ADuM3160 Mechanismen zur Erkennung der Richtung des Datenflusses und zur Kontrolle des Zustands der Ausgangspuffer. Die Datenrichtung wird paketweise bestimmt. Der ADuM3160 verwendet die auf Flankenerkennung basierende iCoupler-Technologie in Verbindung mit interner Logik, um einen transparenten, einfach zu konfigurierenden, stromaufwärts gerichteten Port-Isolator zu implementieren. Die Isolierung des Upstream-Ports bietet mehrere Vorteile in Bezug auf Einfachheit, Energieverwaltung und robusten Betrieb. Der Isolator hat eine Ausbreitungsverzögerung, die mit der eines Standard-Hubs und -Kabels vergleichbar ist. Er arbeitet mit einer Busspannung von 4,5 V bis 5,5 V auf beiden Seiten und ermöglicht den direkten Anschluss an VBUSx, indem er die Spannung intern auf den Signalisierungspegel regelt. Der ADuM3160 bietet eine isolierte Steuerung des Pull-up-Widerstands, damit das Peripheriegerät das Timing der Verbindung steuern kann. Der Baustein verbraucht im Leerlauf so wenig Strom, dass ein Suspend-Status nicht erforderlich ist. Mit dem ADuM4160 ist eine 5 kV-Version mit verstärkter Isolierung erhältlich.

 

FEATURES

USB 2.0 kompatibel

Niedrige und volle Datenrate: 1,5 Mbps und 12 Mbps

Bidirektionale Kommunikation

4,5 V bis 5,5 V VBUS-Betrieb

7 mA maximaler Upstream-Versorgungsstrom bei 1,5 Mbps

8 mA maximaler Upstream-Versorgungsstrom bei 12 Mbps

2,3 mA maximaler Upstream-Ruhestrom

Vorgelagerter Kurzschlussschutz

Klasse 3A Kontakt-ESD-Leistung gemäß ANSI/ESD STM5.1-2007

Betrieb bei hohen Temperaturen: 105°C

Hohe Störfestigkeit gegen transiente Gleichtaktspannungen: >25 kV/μs

16-poliges SOIC-Gehäuse mit breitem Gehäuse

RoHS-konform

Qualifiziert für Automobilanwendungen

Sicherheit und behördliche Genehmigungen

UL Anerkennung: 2500 V rms für 1 Minute nach UL 1577

CSA-Bauteilabnahmeerklärung #5A IEC 60950-1: 600 V rms (Basis)

VDE-Konformitätsbescheinigung

DIN V VDE V 0884-10 (VDE V 0884-10):2006-12 VIORM = 560 V Spitze

 

ANWENDUNGEN

Isolierung der USB-Peripheriegeräte

Isolierter USB-Hub

 

ANWENDUNGSINFORMATIONEN

FUNKTIONSBESCHREIBUNG

Die USB-Isolierung in den D+/D- Leitungen ist aus mehreren Gründen eine Herausforderung. Erstens ist normalerweise ein Zugriff auf die Ausgangsfreigabesignale erforderlich, um den Transceiver zu steuern. Der Isolator muss über ein gewisses Maß an Intelligenz verfügen, um den Datenstrom zu interpretieren und zu bestimmen, wann er seine Upstream- und Downstream-Ausgangspuffer aktivieren und deaktivieren soll. Zweitens muss das Signal auf der Ausgangsseite des Kopplers originalgetreu rekonstruiert werden, wobei das genaue Timing beibehalten werden muss und keine transienten Zustände wie ungültige SE0- und SE1-Zustände passieren dürfen. Darüber hinaus muss das Bauteil die Anforderungen an den geringen Stromverbrauch im Suspend-Modus erfüllen. Die iCoupler-Technologie basiert auf Flankenerkennung und eignet sich daher gut für die USB-Anwendung. Der Datenfluss durch das Gerät wird erreicht, indem die Eingänge auf Aktivität überwacht werden und die Richtung für die Datenübertragung anhand eines Übergangs aus dem Ruhezustand festgelegt wird. Nachdem die Datenrichtung festgelegt wurde, werden die Daten so lange übertragen, bis entweder ein Ende des Pakets (EOP) oder ein ausreichend langer Leerlaufzustand erreicht wird. An diesem Punkt deaktiviert der Koppler seine Ausgangspuffer und überwacht seine Eingänge auf die nächste Aktivität. Während der Datenübertragungen hält die Eingangsseite des Kopplers ihre Ausgangspuffer deaktiviert. Die Ausgangsseite aktiviert ihre Ausgangspuffer und deaktiviert die Flankenerkennung der Eingangspuffer. Dadurch können die Daten in eine Richtung fließen, ohne dass sie durch den Koppler zurücklaufen und den iCoupler zum Latching veranlassen. Das Timing basiert auf dem Übergang des differentiellen Eingangssignals. Es ist eine Logik enthalten, um Artefakte zu eliminieren, die durch unterschiedliche Eingangsschwellen der differentiellen und unsymmetrischen Puffer entstehen. Der Eingangszustand wird über die Isolationsbarriere als einer von drei gültigen Zuständen übertragen: J, K oder SE0. Das Signal wird ausgangsseitig mit einer festen Zeitverzögerung aus dem eingangsseitigen Differenzeingang rekonstruiert. Der iCoupler verfügt nicht über einen speziellen Suspend-Modus und braucht ihn auch nicht, da sein Strom unterhalb der Suspend-Stromgrenze von 2,5 mA liegt, wenn der USB-Bus im Leerlauf ist. Der ADuM3160 ist so konzipiert, dass er mit einem vorgelagerten Low/Full-Speed-USB-Port verbunden werden kann, indem die D+/D- Leitungen isoliert werden. Ein vorgelagerter Port unterstützt nur eine Betriebsgeschwindigkeit; daher sind die geschwindigkeitsbezogenen Parameter, J/K-Logikelvels und D+/D- Slew-Rate so eingestellt, dass sie mit der Geschwindigkeit des vorgelagerten Peripherieports übereinstimmen. Eine Steuerleitung auf der nachgelagerten Seite des ADuM3160 aktiviert den Pull-up-Widerstand im Ruhezustand. Dadurch kann der Downstream-Port steuern, wann der Upstream-Port an den USB-Bus angeschlossen wird. Der PIN-Eingang kann mit einem 3,3-V-Steuerlogiksignal oder mit der VDD2-Schiene verbunden werden, je nachdem, ob die Enumeration gesteuert werden muss oder beim ersten Einschalten erfolgt.