模拟技术中的对USB实现隔离的各种方法探讨
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2020-10-22
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模拟技术中的对模拟技术中的对USB实现隔离的各种方法探讨实现隔离的各种方法探讨
0 引言 USB 通用串行总线（英文：Universal Serial Bus，简称USB）是连接外部装置的一个串口汇流排标
准，在计算机上使用广泛，但也可以用在机顶盒和游戏机上，补充标准On-The-Go（ OTG）使其能够用于在便
携装置之间直接交换资料。 USB是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。USB接口
支持设备的即插即用和热插拔功能。USB接口可用于连接多达127种外设，如鼠标、调制解调器和键盘等。USB
是在1994年底由英特尔、康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合提出的，自1996年推出后，已成功替代串口和
并口，并成为当今个人电脑和大量智能设备的
0 引言引言
USB 通用串行总线（英文：Universal Serial Bus，简称USB）是连接外部装置的一个串口汇流排标准，在计算机上使用
广泛，但也可以用在机顶盒和游戏机上，补充标准On-The-Go（ OTG）使其能够用于在便携装置之间直接交换资料。
USB是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能。USB
接口可用于连接多达127种外设，如鼠标、调制解调器和键盘等。USB是在1994年底由英特尔、康柏、IBM、Microsoft等多家
公司联合提出的，自1996年推出后，已成功替代串口和并口，并成为当今个人电脑和大量智能设备的必配的接口之一。从
1994年11月11日发表了USB V0.7版本以后，USB版本经历了多年的发展，到现在已经发展为3.0版本。
USB接口已取代RS-232，成为个人电脑及其外设的标准端口，其特性几乎在所有方面都远远优于较老的串行端口。然
而，对于要求隔离的医疗和工业应用，由于实现隔离的难度大且成本高，USB一直主要用作诊断端口和临时连接。
本文讨论了对USB实现隔离的各种方法。值得特别介绍的是，ADI公司现提供了一个新的可选方案——ADuM41601 USB
隔离器。这一突破性产品可简单廉价地实现外设隔离（特别是D+和D-线的隔离），提高了USB在医疗和工业应用中的使用价
值。
1 关于通用串行总线关于通用串行总线
USB是个人电脑的首选串行接口。该接口得到所有常用的商业操作系统的支持，且允许硬件和驱动器热插拔。一台主机
可以集中星型方式连接多达127个设备。许多数据传输模式可处理存储设备的大批量数据传输、流媒体的同步传输以及时间关
键型数据的中断驱动型传输（如鼠标移动）等各类传输。USB以三种数据传输速率运行：低速（1.5Mbps）、全速
（12Mbps）和高速（480Mbps）。
USB物理层只包含4条线：两条向外设提供5V电源和地，另外两条（D+和D-）构成可传递差分数据的双绞线对（图1）。
这些线也可传递单端数据以及用无源电阻实现的空闲状态。当设备连接到总线上时，无源电阻结构中的电流对传输速度进行协
商，并建立无驱动的空闲状态。
图1. USB的标准组成。
串行接口引擎（SIE）在电缆的两端对这个复杂的数据结构进行控制，这个专用控制器（或作为更大控制器的一部分）实
现USB协议，通常内置USB收发器硬件。当某个外设首次连接到电缆上时，SIE在 枚举，2 期间向宿主计算机提供外设的配置
信息和功率要求。在运行期间，SIE把所有数据按照要求的传输类型格式化，并提供错误检查和自动故障处理。SIE处理总线
上的所有控制流，并按需要使能和禁用线驱动器和接收器。
第一种方法： 第一种方法： 使USB接口与需要隔离的设备完全分离（图2）。许多设备可把其它通用的串行总线与USB连接；图2中显
示了RS-232与USB的连接接口。SIE提供普通的串行接口功能；隔离是在低速串行线中实现的。但这种方法并不能利用USB
的优势，所实现的是一个可热插拔的串行端口。除非该适配器是永久连在这个外设上，否则这将是维修人员的噩梦。
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