Galwaniczny separator USB

Interfejs USB – po latach walki z RS232 – stał się powszechnie akceptowanym, lokalnym standardem komunikacyjnym również stosowanym w elektronice i automatyce. Z tego powodu konieczne stało się użycie różnego rodzaju separatorów galwanicznych, które zapobiegały uszkodzeniom urządzeń komunikujących się za pomocą USB i zasilanym z różnych obwodów energetycznych, różniących się poziomem zera. Dotychczas najpopularniejszym rozwiązaniem była separacja transoptorowa ulokowana „za” interfejsem USB, ale wprowadzenie do produkcji układów, takich jak ADuM3160 lub ADuM4160 (Analog Devices) pozwala wykonać separację galwaniczną bezpośrednio na styku USB.

Na rysunku 1 pokazano schemat blokowy układu ADuM3160, którego użyto w prezentowanym projekcie. Jest to kompletny, dwukierunkowy separator USB2.0, przystosowany do pracy z prędkością 1,5 Mb/s lub 12 Mb/s, zasilany napięciem 3,3 lub 5 V, zapewniający separację galwaniczną do 560 Vpp lub – zgodnie z normą UL1577 – 2500 Vrms. Dokładna wartość zależy nie tylko od przyjętej normy, ale także od projektu PCB, dlatego dużą uwagę przyłożono do zapewnienia maksymalnej separacji obydwu stron interfejsu.

Rysunek 1. Schemat blokowy układ ADuM3160

Schemat elektryczny proponowanego rozwiązania pokazano na rysunku 2.

Rysunek 2. Schemat ideowy separatora USB

Od strony złącza Zl1 (kwadratowe, typ B) zasilanie jest dostarczane z interfejsu USB współpracującego komputera, zasilanie od strony złącza płaskiego (USB-A) należy dostarczyć z zasilacza zewnętrznego o stabilizowanym napięciu wyjściowym o wartości 3,3 lub 5 V. To samo napięcie jest wykorzystywane do zasilania urządzenia dołączanego do interfejsu USB, co należy uwzględnić w bilansie mocy zasilacza (sam separator nie pobiera więcej niż ok. 12 mA).

Rysunek 3. Schemat montażowy separatora USB

Na rysunku 3 pokazano schemat montażowy separatora USB, dla którego przygotowano dwustronną płytkę drukowaną z metalizacją.

PZ