使用數(shù)字隔離器對USB實現(xiàn)隔離的方法

　　第二種方法：使用帶有易隔離接口的獨立SIE(圖3)。市場上有幾種產(chǎn)品(如SPI)使用快速單向接口把SIE連接到微處理器。數(shù)字隔離器(如ADuM1401C 四通道數(shù)字隔離器)可對SPI總線實現(xiàn)完全隔離。由于SIE包含可通過SPI總線填充的緩沖存儲器，SPI的運行速度在很大程度上可不依賴于USB的速度。SIE將與USB主機(jī)協(xié)商其可能的最高連接速度，并以協(xié)商得出的總線速度分發(fā)數(shù)據(jù)，直到把緩沖中的數(shù)據(jù)傳遞完。此時，SIE會通知主機(jī)如果有更多的數(shù)據(jù)需要傳送則重試，并留出時間使SPI接口可為下一個傳輸循環(huán)重新填充緩存。雖然非常有效，這種方案通常要求修改外設(shè)驅(qū)動程序，并忽視內(nèi)置在外設(shè)的微處理器中的USB電路。該方案在元件和電路板尺寸方面的成本較高。

　　圖3. 通過SPI接口隔離SIE。

　　第三種方法：如果微處理器的SIE使用外部收發(fā)器，則可以對微處理器和收發(fā)器之間的數(shù)據(jù)和控制線進(jìn)行隔離(圖4)。但是，這種方式要求在SIE和收發(fā)器之間有9條單向數(shù)據(jù)線。在高速數(shù)字隔離器中，這將帶來極大的成本問題。此外，現(xiàn)有的速度最快的數(shù)字隔離器工作在約150Mbps，雖然遠(yuǎn)高于低速和全速USB，但不能處理高速數(shù)據(jù)，限制了USB接口的速度范圍。該方案與為微處理器SIE提供的USB驅(qū)動器完全兼容，可降低開發(fā)成本，但需使用多個隔離通道致使實現(xiàn)成本高昂。此類收發(fā)器接口將被集成度要求日益提高的市場所淘汰。

　　圖4. 隔離的外部USB收發(fā)器。

　　第四種方法：直接在D+和D-線線中插入隔離(圖5)。這種方式允許在現(xiàn)有的USB應(yīng)用中添加D+/D-隔離，而無需重寫驅(qū)動程序或增加冗余SIE，同其它方法相比，這是一個很大的優(yōu)點。但是，D+和D-線的隔離較為復(fù)雜，因為隔離器件必須能夠像SIE那樣處理控制流，允許在隔離屏障兩邊使用上拉電阻，并確定傳輸速度。另外，其運行不應(yīng)要求額外的設(shè)備驅(qū)動程序相關(guān)的開銷。

　　圖5. 隔離D+/D-線。

　　新型芯片級器件ADuM4160 USB隔離器解決了這些挑戰(zhàn)性難題(圖6)，它支持低速和全速USB的D+和D-線直接隔離。

　　圖6. ADuM4160的框圖。