W artykule przedstawiamy separator USB, wykonany na układach ADuM3160 i ADuM4070 firmy Analog Devices. Pliki projektu są dostępne do bezpłatnego pobrania na końcu artykułu. Urządzenie opracowała i wyprodukowała na zlecenie firm: Arrow Electronics oraz Analog Devices firma KAMAMI.pl.

Separator USB jest urządzeniem bardzo przydatnym w aplikacjach profesjonalnych. Zapobiega on m. in. uszkodzeniu komputera do którego dołączamy programator lub sprzętowy debugger, który wspomaga uruchomienie systemu cyfrowego. W sytuacji, w której komputer i uruchamiany system cyfrowy są zasilane z innych faz sieci energetycznej (nierzadko tak bywa w praktyce) występuje duże ryzyko wystąpienia różnicy potencjałów pomiędzy masami urządzeń. W skrajnym przypadku może dojść do porażenia lub przepływu prądu o dużym natężeniu przez kable danych.

Separator USB – funkcje i możliwości

Prezentowane urządzenie zapobiega takim sytuacjom, zapewniając separacje galwaniczną pomiędzy interfejsami USB, jak na rysunku poniżej. Separator wyposażono w przetwornicę DC/DC, konwertującą napięcie z USB o wartości 5VDC na takie samo napięcie po stronie „wtórnej”. Maksymalna moc wyjściowa przetwornicy wynosi 2,5W.

Separator USB wyposażono w dwa złącza USB (rysunek powyżej). Separator USB pobiera zasilanie z interfejsu USB dołączonego do złącza MicroUSB. Biała LED zamontowana na płytce spełnia rolę wstępnego obciążenia przetwornicy DC/DC, które jest zalecane przez producenta układu ADuM4070 – firmę Analog Devices – dla zapewnienia stabilnej pracy przetwornicy.

Schemat blokowy separatora USB pokazano na rysunku powyżej. Konwerter DC/DC został wykonany na wyspecjalizowanym układzie ADuM4070 (Analog Devices), który współpracuje z transformatorem PH0555NL firmy Pulse. Separację dwukierunkowych linii D+ i D- interfejsu USB zrealizowano za pomocą układu ADuM3160 (Analog Devices).

Separator USB – możliwości funkcjonalne

W prezentowanym urządzeniu układ ADuM3160 skonfigurowano do pracy w trybie USB2.0FS (12 Mb/s). Pamiętać trzeba o tym, że separator USB będzie współpracował poprawnie ze wszystkimi urządzeniami USB pracującymi ze stałą prędkością transmisji. Taka funkcjonalność wynika z natury działania układu ADuM3160.

Pracę separatora USB pokazanego w artykule testowano we współpracy z następującymi interfejsami: Segger J-Link, ST-Link, USB Blaster, Xilinx Platform Cable USB, a także ich różnorodnymi odpowiednikami. testom poddano także dyski zewnętrzne HDD z interfejsem USB2.0FS, działają one poprawnie, podobnie jak i  pendrive’y.

Weryfikacji poddano także poprawność działania separatora USB we współpracy z hubami USB. Dołączano do nich urządzenia USB pracujące ze stałą prędkością transmisji.

Separator USB – pliki do pobrania

Projekt płytki drukowanej separatora USB oraz osłon izolacyjnych z nieprzewodzącego tworzywa wykonano w Altium Designerze (rysunek poniżej). Pliki produkcyjne (Gerber, NC Drill oraz BOM) są dostępne do pobrania na dole strony.