ISOUSB111：隔離式USB中繼器的卓越之選

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，USB接口的應(yīng)用廣泛且關(guān)鍵，而對(duì)于需要隔離功能的USB連接場(chǎng)景，ISOUSB111隔離式USB中繼器是一款值得關(guān)注的產(chǎn)品。今天，我們就來(lái)深入了解一下這款產(chǎn)品。

文件下載：isousb111.pdf

一、產(chǎn)品概述

ISOUSB111是一款符合USB 2.0標(biāo)準(zhǔn)的電流隔離式中繼器，支持低速（1.5 Mbps）和全速（12 Mbps）信號(hào)傳輸。它具備自動(dòng)速度和連接檢測(cè)功能，能反射上拉/下拉電阻，還支持鏈路電源管理，可輕松實(shí)現(xiàn)USB集線器、主機(jī)、外設(shè)和電纜的隔離。此外，該產(chǎn)品還支持自動(dòng)角色反轉(zhuǎn)，適用于USB On-The-Go（OTG）和Type-C?雙角色端口（DRP）設(shè)計(jì)。

二、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

（一）電氣特性

1. 信號(hào)速率支持：支持低速（1.5 Mbps）和全速（12 Mbps）信號(hào)，滿足不同設(shè)備的通信需求。
2. 電源范圍靈活：(V{BUS})電壓范圍為4.25V至5.5V，內(nèi)部集成3.3V LDO，可根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的供電方式。當(dāng)有4.25V至5.5V的電源（如USB VBUS電源）時(shí)，可連接到(V{BUS})，內(nèi)部LDO生成(V{3P3V})；若沒(méi)有該電源，也可將(V{BUS})和(V_{3P3V})連接到外部3.3V電源。
3. 低功耗模式：支持L1（睡眠）和L2（暫停）低功耗狀態(tài)，在設(shè)備空閑時(shí)可有效降低功耗。
4. 高CMTI：共模瞬態(tài)抗擾度（CMTI）高達(dá)100kV/μs，能有效抵抗共模干擾，保證信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

（二）安全特性

1. 隔離性能：采用二氧化硅（(SiO{2})）絕緣屏障，隔離耐壓高達(dá)(5000V{RMS})，工作電壓為(1500V_{RMS})，能有效保護(hù)設(shè)備免受高壓影響，防止總線噪聲電流進(jìn)入本地接地。
2. 安全認(rèn)證：獲得了多項(xiàng)安全相關(guān)認(rèn)證，如(8000V{PK} V{IOTM})和(2121V{PK} V{IORM})（加強(qiáng)型）認(rèn)證（符合DIN EN IEC 60747 - 17（VDE 0884 - 17））、(5000V_{RMS})隔離1分鐘認(rèn)證（符合UL 1577），以及IEC 62368 - 1、IEC 60601 - 1和IEC 61010 - 1等認(rèn)證，為產(chǎn)品的安全性提供了有力保障。

（三）封裝與溫度特性

1. 封裝選項(xiàng)：提供16 - SOIC和16 - SSOP兩種封裝選項(xiàng)，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的封裝。
2. 寬溫度范圍：環(huán)境溫度范圍為 - 40°C至125°C，能適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境。

三、引腳配置與功能

ISOUSB111的引腳配置根據(jù)不同的封裝（16 - SOIC和16 - SSOP）有所不同，但主要功能相似。以下是一些主要引腳的功能介紹：

• (V{BUS1})和(V{BUS2})：分別為兩側(cè)的輸入電源引腳，可連接4.25V至5.5V的電源（如USB電源總線），內(nèi)部LDO會(huì)生成(V_{3P3V})；若沒(méi)有該電源，也可連接外部3.3V電源。
• GND1和GND2：分別為兩側(cè)的接地引腳，提供接地參考。
• UD + 和UD -：上游端口的D + 和D - 引腳，用于連接主機(jī)或集線器。
• DD + 和DD -：下游端口的D + 和D - 引腳，用于連接外設(shè)。

四、應(yīng)用場(chǎng)景

（一）USB隔離應(yīng)用

可用于USB集線器、主機(jī)、外設(shè)和電纜的隔離，有效防止不同設(shè)備之間的電氣干擾，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

（二）醫(yī)療領(lǐng)域

在醫(yī)療設(shè)備中，對(duì)電氣隔離和安全性要求較高，ISOUSB111的高隔離性能和安全認(rèn)證使其非常適合用于醫(yī)療設(shè)備的USB接口隔離，保障患者和設(shè)備的安全。

（三）工業(yè)自動(dòng)化

在工廠自動(dòng)化、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域，環(huán)境復(fù)雜，干擾較大，ISOUSB111的高CMTI和寬溫度范圍特性使其能夠在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作，實(shí)現(xiàn)USB通信的可靠隔離。

（四）音頻應(yīng)用

在USB音頻設(shè)備中，可實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)的隔離傳輸，減少噪聲干擾，提高音頻質(zhì)量。

五、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

（一）電源設(shè)計(jì)

1. 建議在(V{3P3Vx})引腳附近靠近GNDx放置0.1μF的電容，在(V{BUSx})引腳附近靠近GNDx放置1μF的電容，以進(jìn)行電源去耦。
2. 在隔離主機(jī)/集線器或總線供電外設(shè)時(shí)，需要使用隔離電源，可借助變壓器驅(qū)動(dòng)器（如TI的SN6505B）來(lái)生成隔離電源。

（二）布局設(shè)計(jì)

1. 采用兩層PCB設(shè)計(jì)即可實(shí)現(xiàn)低EMI設(shè)計(jì)。將高速信號(hào)（D + 和D - ）布線在頂層，避免使用過(guò)孔，以減少電感引入，確保數(shù)據(jù)鏈路的發(fā)射和接收電路與隔離器之間的互連干凈。
2. 盡量縮短從MCU到ISOUSB111以及從ISOUSB111到連接器的D + /D - 板上走線長(zhǎng)度，避免D + /D - 線上出現(xiàn)過(guò)孔和短截線。
3. 在高速信號(hào)層下方放置實(shí)心接地平面，為傳輸線互連建立受控阻抗，并為回流電流提供低電感路徑。D + 和D - 走線應(yīng)設(shè)計(jì)為90Ω差分阻抗和盡可能接近45Ω單端阻抗。
4. 將電源平面與接地平面相鄰放置，可產(chǎn)生約(100 pF / in^{2})的額外高頻旁路電容。
5. 去耦電容應(yīng)放置在頂層，且電容與相應(yīng)電源和接地引腳之間的布線應(yīng)在頂層完成，布線路徑中不應(yīng)有過(guò)孔。
6. ESD結(jié)構(gòu)應(yīng)放置在頂層，靠近連接器，直接位于D + /D - 走線上，無(wú)過(guò)孔。ESD結(jié)構(gòu)的接地布線盡量在頂層完成，若無(wú)法在頂層完成，應(yīng)通過(guò)多個(gè)過(guò)孔與接地平面建立強(qiáng)連接。
7. 低速控制信號(hào)可布線在底層，以提供更大的布線靈活性。

六、總結(jié)

ISOUSB111作為一款高性能的隔離式USB中繼器，具有豐富的特性和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，合理的電源設(shè)計(jì)和布局設(shè)計(jì)是確保其性能發(fā)揮的關(guān)鍵。電子工程師在選擇USB隔離解決方案時(shí)，ISOUSB111是一個(gè)值得考慮的優(yōu)秀產(chǎn)品。大家在實(shí)際應(yīng)用中有沒(méi)有遇到過(guò)類(lèi)似產(chǎn)品的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。