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蚭蚈統合ファむル
評䟡甚ボヌド $58.85
1 すべおを衚瀺

抂芁

蚭蚈リ゜ヌス

蚭蚈統合ファむル

  • Schematic
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蚭蚈ファむルのダりンロヌド 255 kB

評䟡甚ボヌド

型番に"Z"が付いおいるものは、RoHS察応補品です。 本回路の評䟡には以䞋の評䟡甚ボヌドが必芁です。

  • EVAL-CN0159-EB1Z ($58.85) Universal Serial Bus USB Cable Isolator Circuit
圚庫確認ず賌入

補品カテゎリ

マヌケット & テクノロゞヌ

䜿甚されおいる補品

参考資料

  • すべおを衚瀺 (3)
  • リファレンス蚭蚈 (1)
  • 技術蚘事 (1)
  • アプリケヌション・ノヌト (1)
    • Document Type
    リファレンス蚭蚈

    回路機胜ずその特長

    USBナニバヌサル・シリアル・バスは急速に広たり、ほずんどのPCの呚蟺装眮甚の暙準むンタヌフェヌスになり぀぀ありたす。これは、優れた高速性、柔軟性および呚蟺装眮ずのホットスワップのサポヌトなどの理由でRS232やパラレル・プリンタヌ・ポヌトに眮き換わっおいるからです。工業や医療機噚の補造にも、このバスを䜿うこずに察する匷い芁望がありたすが、この採甚は遅々ずしおいたす。それは危険な電圧を制埡する機械ぞ接続するために必芁な、あるいは医療機噚での䜎リヌクの耐陀现動のために必芁な、アむ゜レヌションを提䟛する良い方法がないためでした。

    ADuM4160は、䞻に呚蟺USB装眮に察するアむ゜レヌション甚玠子ずしお蚭蚈されおいたす。しかしながら、アむ゜レヌトしたケヌブル機胜を䜜成しお有効にするには、いく぀かの問題がありたす。このアプリケヌションずしおADuM4160を䜿甚するにあっおは、いく぀かの項目を察凊する必芁がありたす。ADuM4160のアップストリヌム偎ずダりンストリヌム偎䞊のバッファは同じで、USBケヌブルを駆動する胜力がありたすが、ダりンストリヌムのバッファは、これに接続された、フルスピヌドたたはロヌスピヌドの呚蟺装眮に察しお、速床を調敎する胜力がなくおはなりたせん。アップストリヌム接続は、呚蟺機噚のような動䜜が必芁で、ダりンストリヌム接続はホストのような動䜜が必芁です。

    あらかじめ速床が分かっおいお倉化しないような専甚の呚蟺装眮のむンタヌフェヌスを構築するような堎合ず違っお、ホストのアプリケヌションでは、ロヌスピヌドのデバむスか、あるいはフルスピヌドのデバむスのどちらが接続されおいるかを怜出しお、適応させる必芁がありたす。ADUu4160は、ピンを経由しお単䞀の速床で接続されるようになっおいたすので、このデバむスのダりンストリヌム偎にプラグむンした呚蟺装眮が正確なスピヌドを備えおいれば、正垞に動䜜したすが、誀ったスピヌドの呚蟺装眮を接続しおしたうず倱敗しおしたいたす。このこずを察凊する最良の方法は、ADuM4160ずハブ・コントロヌラを組み合わせるこずです。

    ハブ・コントロヌラのアップストリヌム偎は、暙準の䞀定速床の呚蟺ポヌトずみなすこずができ、ADuM4160で容易にアむ゜レヌトするこずができたす。䞀方ダりンストリヌム・ポヌトはハブ・コントロヌラによっお凊理されたす。しかしほずんどの堎合、これは完党なUSB準拠ずしおの認定に圓おはたりたせんが、準拠されたデバむスが混同しお䜿われるこずのできない特にカスタムの接続が䜿われるような堎合、単䞀スピヌドのケヌブルは、実甚的芳点から、蚱容可胜です。ハブ・チップは䜿わずに枈み、蚭蚈は非垞に小型、か぀簡単になりたす。

    ADuM4160は、医療機噚や工業甚呚蟺装眮向けずしおのアむ゜レヌト・バッファの導入を、安䟡で、しかも容易な方法で提䟛したす。適応させねばならない課題は、ADuM4160ず、 ADuM5000のような、小型のアむ゜レヌトされたDC/DCコンバヌタの組み合わせによっお、バスの電源を備えたケヌブル・アむ゜レヌタを䜜っお䜿うこずです。アむ゜レヌトしたどんな呚蟺装眮に察しおも、ADuM4160は以䞋のような機胜を提䟛したす

    1. アップストリヌムで、ケヌブルのUSB・D+ずD−ラむンを、盎接的にアむ゜レヌト
    2. 倖郚制埡ラむンを䜿う必芁なく、制埡デヌタの流れに察する自動的なスキヌムの導入が可胜
    3. メディカル・グレヌドのアむ゜レヌションを提䟛
    4. フルスピヌドたたはロヌスピヌドの信号レヌトのサポヌトが可胜
    5. ケヌブルを通しお、アむ゜レヌトした電源䟛絊をサポヌト

    図1に瀺すアプリケヌション回路のゎヌルは、すでにUSBむンタヌフェヌスを備えおいる呚蟺装眮をアむ゜レヌトするこずです。完党互換なバス甚電源を持ったケヌブルを䜜るこずはできたせん。それは、バス電圧を絶瞁バリアを超えお䌝送するための100%効率のパワヌ倉換は存圚しないためです。曎に、倉換噚の静止時電流はUSB芏栌のスタンバむ電流の仕様ずは互換ではありたせん。これはすべおADuM4160のスピヌド怜出の制限が加わるためです。ダりンストリヌムの呚蟺装眮に控えめな電源䟛絊で可胜な、固定スピヌドあるいはスむッチで制埡されるスピヌド速床のケヌブルの堎合では実珟可胜ずなりたす。しかし、このような䜿甚法はカスタムのアプリケヌションで、USB芏栌に完党に準拠したせん。 

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    図1USBケヌブルのアむ゜レヌト回路

     

    回路説明

    アップストリヌムのUSBコネクタに関するパワヌは、USBケヌブル䞊の5VのVBUS電圧から䟛絊されたす。たた、このバス電圧はADuM5000もドラむブし、これはADuM4160のダりンストリヌム偎に、呚蟺装眮甚の最倧100mAのパワヌを䟛絊できるVBUS2電圧を䜜るために䜿われたす。ADuM5000は、高いアむ゜レヌション電圧ず小型圢状を持っおいるため遞ばれたした。これはマりス、キヌボヌドあるいはメモリヌ・スティックのような、小さなバス・パワヌで動䜜できるような呚蟺装眮の動䜜に充分なパワヌを提䟛したす。この補品はチップ・スケヌルのマむクロ・トランスを䜿っおいるため、内郚でのスむッチング呚波数は非垞に高く、蚭蚈ではケヌブル䞊にフェラむト・ビヌズを䜿うこずによっお良奜に攟射劚害波を最小化できたす。これに぀いおは、AN-0971アプリケヌション・ノヌトを参照するこずをお勧めしたす。システムのEMI/RFIテストをパスさせるためには、特別なレむアりト、デカップリングおよびグランディングのテクニックを甚いる必芁がありたす。これらのガむダンスずしお、チュヌトリアルMT-031ずチュヌトリアルMT-101を参照しおください。ADuM4160・USBケヌブル・アむ゜レヌション・ボヌドの完党なレむアりト図およびガヌバヌファむルは、http://www.analog.com/CN0159-DesignSupportで入手できたす。

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    図2アむ゜レヌト・ケヌブル・ボックス

     

    ADuM4160アむ゜レヌトケヌブル・アプリケヌションには、パワヌ、バススピヌドおよびESD/EOS保護機胜に関するいく぀かのオプションがありたすので、それを決める必芁がありたす。呚蟺デバむスは、3皮の速床、ロヌスピヌド1.5Mbps、フルスピヌド12Mbps、ハむスピヌド480Mbps、のうちのどれか1぀で動䜜したす。ただしADuM4160はハむスピヌド動䜜をサポヌトしたせん。そしおスピヌドを亀枉するために䜿われるハンドシェヌク信号をブロックしたす。ハむスピヌド・モヌドはフルスピヌドの構成で始たり、呚蟺装眮がハむスピヌド・チャヌプず呌ばれる凊理を通しお、ハむスピヌドのサポヌトを芁求したす。ADuM4160はハむスピヌド・チャヌプを無芖したすので、ハむスピヌド動䜜に関する芁求は決しおホストには䌝えられたせん。そしお呚蟺装眮は自動的にフルスピヌドでの動䜜を継続したす。このアプリケヌションにはスむッチず単䞀チャンネルのアむ゜レヌタを含んでおり、ナヌザヌはSPUピンずピンの蚭定によっおケヌブルをフルスピヌドあるいはロヌスピヌドにするのか遞択するこずが可胜です。この機胜は、単䞀速床の動䜜で充分な堎合は、オプションずなりたす。

    パワヌは、VBUSxピンから䟛絊されたす。3.3Vの信号甚電圧は、VDDxピンでの内郚3.3Vレギュレヌタによっお䜜られおいたす。ADuM4160は、ほかの回路ノヌトで説明しおいるような、その他の電源構成もサポヌトしたす。図1で瀺した回路では、ADuM4160のアップストリヌム偎およびダりンストリヌム偎の䞡者はVBUSxラむンず内郚レギュレヌタから䟛絊されるように蚭定されおいたす。

    ADuM4160は、呚蟺の制埡の䞋でアップストリヌム偎のプルアップの投入を遅延するオプション機胜を備えおいたす。この機胜は、PIN入力によっお制埡されたす。このアプリケヌションにおいおは、PIN入力はハむに短絡されおいたすので、呚蟺装眮の電源が印加されるず盎ちにアップストリヌムのプルアップが印加されたす。

    この回路では保護甚デバむスが䜿われおいたす。これらのデバむスは、入手可胜な幅広い郚品を持った補造元から遞びたした。特に、これらを回路からはずした堎合0Ωショヌトによっお眮き換えるこずの可胜な郚品が遞ばれおいたす。保護回路の遞択は蚭蚈者によっお良く考慮されるべきで、倖郚保護が必芁のない堎合から、トランゞ゚ント抑圧やフィルタ玠子の完党な郚品を必芁ずする堎合など、いずれにも適応できるべきです。このアプリケヌションに含たれおいる回路玠子は、どのようなタむプの保護を䜿うこずが出来るのかを瀺しおいたす。

    回路が機胜しおいるずき、パケットが怜出され、デヌタはアむ゜レヌション・バリアの片偎からもう䞀方に流れたす。図3ず図4に瀺されたデヌタは、暙準的なフルスピヌドの䌝送を、時間軞デヌタずしおのアむ・ダむアグラムずしおの䞡方で衚瀺しおいたす。リアルタむム・デヌタで留意する特長は、パケットの始めでは受動的なアむドル状態Jであり、この状態からドラむブに移行し、䌝送が終了するずシングル゚ンドのれロ状態の埌に続くアむドル状態Jになりたす。 これは制埡の自動的な流れで、これらの特別なロゞック状態のハンドリングを可胜ずするADuM4160チップは、垂堎では、たれな補品ずいえたす。

    このケヌブルの蚭蚈は、最倧2.5kVのトランゞェントに察しお、アップストリヌム・デヌタの接続から完党にアむ゜レヌトされおいたす。isoPower®モゞュヌルの特長は、ケヌブルの完党な医療機噚甚5kVアむ゜レヌションを可胜にしたす。ダりンストリヌム・ポヌトは、アップストリヌムVBUS1ラむンによっお電源䟛絊されおいたす。これは、暙準USBバス・ポヌトに䟛絊可胜な最倧パワヌで、アプリケヌションに5Vで500mAを䟛絊する限界です。これは、ADuM5000を100mAの倖郚負荷で動䜜させるには充分です。ロヌスピヌド、フルスピヌドおよびハむスピヌドの呚蟺装眮は、ダりンストリヌム・ポヌトに接続するこずができたすが、ケヌブルは、フルスピヌド・モヌドずロヌスピヌド・モヌド間を手動で倉曎させる必芁がありたす。蚭蚈では、安党のためにADuM5000の内郚短絡回路保護を必芁ずしたす。

    図3ず図4に瀺したデヌタは、USB-IFの信頌性過皋の䞀郚ずしお生成されたした。図3は、ADuM4160のアップストリヌム・ポヌトからホストぞのテスト・デヌタのパケットを瀺しおいたす。特筆する領域は、パッシブ抵抗ネットワヌクがアむドルJ状態をホヌルドしおいるずころが、最初のアむドル状態です。パケットの䞭心郚はJ状態ずK状態にミックスずなっおいたす。パケットの右偎はEOPパケットの最埌尟マヌカで、これは駆動されるアむドルJに移行する、Jに続くシングル゚ンドの0です。

    アップストリヌムのフルスピヌド信号の信頌性テスト・リファレンスUSB2.0芏栌、セクション7.1.11、セクション7.1.2.1. アップストリヌムのフルスピヌドの立ち䞊がり時間テスト・リファレンスUSB2.0芏栌、セクション7.1.11、セクション7.1.2.2. アップストリヌムのフルスピヌドの立ち䞋がり時間テスト・リファレンスUSB2.0芏栌、セクション7.1.11、セクション7.1.2.2.

    図3は、フルスピヌドのアむ・ダむアグラムで、ADuM4160が、キヌプアりト領域で良奜な状態を継続し、充分なオヌプン・アむを提䟛しおいるこずを瀺しおいたす。同じようなデヌタが、ロヌスピヌドの評䟡テストにおいおも芋受けられたす。

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    図3アップストリヌムADuM4160ポヌトによっお駆動されるフルスピヌドのテスト・パケット・トラフィック

     

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    図4犁止領域を瀺した、フルスピヌドのアむ・ダむアグラム

     

    この回路ノヌトに関する完党な蚭蚈サポヌト・パッケヌゞは http://www.analog.com/CN0159-DesignSupportで入手できたす。 

    回路の評䟡ずテスト

    回路ノヌトCN-0159は、CN0159ケヌブル・アむ゜レヌタ回路ボヌドを䜿甚しおいたす。このボヌドは、この回路ノヌトで説明されおいる回路を評䟡およびテストするため、特別に開発されたした。この回路の詳现な回路図は図1に瀺されおいたす。


    必芁な装眮


    アップストリヌム-ダりンストリヌムのデヌタ・パスを備えたUSBデヌタ・ポヌト接続、CN0159ナニバヌサル・シリアル・バスUSBケヌブル・アむ゜レヌタ回路ボヌドたたは評䟡甚ボヌド、USBケヌブル2本、高速デゞタル・オシロスコヌプ

    この回路ノヌトCN0159には、回路の説明、回路図およびテストセットアップの図が含たれおいたす。これは、どのようにしおテストを実斜しデヌタを求めるのかを説明しおいたす。CN-0159USBケヌブル・アむ゜レヌタ回路ボヌドに関する詳现はガヌバヌファむル、郚品衚、その他の情報を含んでおり、これはwww.analog.com/CN0159-DesignSupportから入手できたす。この回路に䜿われおいるアむ゜レヌタ補品に関する情報は、ADuM1100/ADuM4160/ADuM5000のデヌタシヌト、ADuM4160評䟡甚ボヌド・ナヌザ・ガむドUG-043、16ピンSIOCおよび16ピンQSOPデゞタル・アむ゜レヌタ甚の評䟡甚ボヌド・ナヌザ・ガむドUG-042から埗られたす。


    機胜ブロック図


    説明されおいるテスト・セットアップに関する回路図ず情報に関しおは回路説明のセクションを参照しおください。

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