Comments 35
А почему для гальванической развязки не используют физическое разделение? Например, TX/RX парочками светодиодов (лазеров)? Лично мне микросхема над гальванической развязкой выглядит как "по вот этому мостику с ножками пойдёт электричество при пробое".
Оптопары вполне физически разделены.
Возможно можно сделать и так, если габариты неважны - https://habr.com/ru/post/170985/
Почему же, физическую разнесенность используют, например в ВОЛС. Правда есть пара нюансов.
1) Тут речь идет о USB, а USB работает не так же как UART или RS232 (судя потому что вы пишете TX/RX). В USB исползуется дифференциальная пара, т.е. логические уровни и принцип работы дифпары никак не совместим с RX/TX.
2) Да, можно разделить физически, даже есть примеры тут на Хабре, просто будет 2 пульта и 2 прёмника. Но тут снова есть нюансы, один из них - скорость передачи данных. Тут пишут, что существующие самые популярные скорости 120 бит/с и 4 бит/с, и они такие неспроста, т.к. фронт сигнала (переход из 0 в 1) в оптической системе, как в пульте от кондиционера/телевизора нарастает медленно. Но почему же в ВОЛС скорости под Гигабайты в секунду? Потому что там применяют хитрости типа модуляции и спектрального уплотнения каналов.
Ну и если бы всё было так просто, то нас бы давно завалили устройства с алиэкспресс, так же как USB-хабы))
Так полно же. USB over IP. Не очень дёшево, но в разумных пределах.
Понятное дело, что решения есть, но даже вы пишите о том, что может остановить в применении этого решения (цена).
Не все задачи разумно решать с помощью USB over IP, а в некоторых устройсвах чётко прописывают требование изолировать прибор от внешних устройств. Такое может встретится в требованиях к медицинским приборам. А какому-нибудь аудифилу, который хочет подкючить ЦАП через изолированный USB тоже поднимать USB over IP?
Короче говоря, всему свое место, не забивать же гвозди микроскопом..
Внешним чем? ip не подразумевает "интернета".
Я хочу сказать, что если вы можете пустить usb over ip, вы можете пустить usb over ethernet. Дальше вы ставите простейшие sfp'шки, кусок оптики в 10см длиной и имеете абсолютную гальваническую развязку, из стоковых компонентов.
Проблемы аудиофилов решаются с помощью бескислородной оптики.
usb изоляция нужна в первую очередь в промышленном оборудовании, а не аудиофилам (зачем в промышленности usb, это уже другой вопрос, но раз людям надо значить надо), и там нужно законченое малогабаритное решение на печатную плату в виде вот такой одной микросхемы.
Пока не было isousb211 и нужны были большие скорости подключения и городили всякие приколы типа usb over ip ну или ставили хаб с обоих сторон и 480 превращался в 12, если надо было подключать устройства которые не умели сами в 12, а скорость как такомая большая не нужна была.
В зависимости от требуемого напряжения изоляции решения будут разные.
можно использовать мостики с ножками, можно лазеры с приемниками, можно оптоволокно
https://www.broadcom.com/products/fiber-optic-modules-components/industrial/high-galvanic-isolation-link
вот к примеру на 6-12Кв
Следуйте рекомендациям из документации к микросхеме и гайдам по разработки устройств с гальваноизоляцией и не превышайте пробойное напряжение/ставьте дополнительные цепи защиты типа разрядников и все будет ок. Не дураки же эти мостики с ножками придумали.
Один из частых вариантов использования USB с изоляцией это сервисная консоль промышленного устройства, собственно ноутбук инженера наладчика-> usb разъем ->usb-uart->rx tx оптопары (светодиоды лазеры, что угодно)
но тогда высокие скорости usb не нужны, нужен сам факт его наличия, для этого адумов столько лет вполне хватало
Скорее всего, кострукция получится похожей на то, что на последней фотографии в статье дана.
А почему для гальванической развязки не используют физическое разделение? Например, TX/RX парочками светодиодов (лазеров)?
Конкретно ЮСБ так не развязать, потому что у него двунаправленная линия данных. В этом и проблема. Если же разделять потоки данных программно, то получится та самая плата с ПЛИС из статьи.
Оптроны на порядок медленней ёмкостных изоляторов при той же цене, и гораздо больше по размерам. В рамках Human body model ёмкостные изоляторы вполне надёжны, если же нарушить Absolute maximum rating — микросхема имеет право повести себя, как захочет…
Так как раз используют. Если растворить корпус подобной микросхемы то внутри ты увидишь, что если там внутри несколько частей разделённых диэлектриком. И связь через между частями микросхемы осуществляется при помощи света, индуктивности или ёмкости (в зависимости от технологии). Так что вполне себе физическое разделение.
Ёмкость и индуктивность не выглядит как хорошая развязка. Переменный ток всё так же идёт.
Развязка через индуктивность, это, вообще, транформатор какой-то.
Так развязка гальваническая же. Трансформатор как раз отличнейший пример гальванической развязки питания, в том и суть, что переменный ток проходит, а постоянный нет.
Вот это интересно. Для меня "гальваническая развязка" - это защита "безопасной" половины от опасной. А что именно в опасной половине - что попало. Постоянное, переменное, искрение, индуктивный ток - whatever. Если всё совсем плохо, развязка сгорает, но дальше не пропускает. Через неё проходит только то, что должно проходить, например, данные. Если светодидод выдаст на 1мс килолюмен, то фотодиод (обуглившись) выдаст всё равно не больше, чем 3В.
Какой принцип работы? У нас с тексасом в своё время случилось расхождение понимания термина "гальваническая изоляция". Они посчитали, что достаточно просто конденсаторов. Из-за этого шли высокочастотные помехи и всё портили. Выкинули их микросхемы и поставили силабовские и аналоговские, смотря что доступнее. Речь о простой изоляции на несколько каналов, без заточенности на протоколы.
Я не уидел в материалах упоминания о принципах работы. Можно лишь предположить, что это прокачанная версия технологии iCoupler, может придумали своё, но блюдут коммерческую тайну. Насчёт USB-изолятора могу сказать лишь то, что только конденсаторами тут никак не обойтись.
А ваш случай вызывает любопытство и негодование, можете описать вкратце? Что за микросхема? Что за задача (чуть подробнее, если можно)? Ну и самое главное, на что заменили? Хочется не наступить на те же грабли. Потому что к текущему моменту, если миросхема от TI не работала, то это были мои ошибки проектирования. Я с ходу припоминаю только один случай, когда пришлось возиться с TXB0104, но там не до конца всё чисто, т.к. работал он с покупным модулем со скудной документацией.
А вообще существует термин "гальваническая изоляция"?
Есть такой. Это просто прямой перевод с английского. Если говорить строго поГОСТовски, то на русском языке это Гальваническая развязка.
Мне тоже глаз зацепило. Оказалось, что такой термин есть. Вот пример: ГОСТ Р ИСО/МЭК 9549-93 Информационная технология. Гальваническая изоляция симметричных цепей стыка
Принцип довольно простой.
первые были сделаны с помощю разделительных ескостей, но они имеют малое пробивное напряжение или очень не стабильны работе, а теперь все схемы делают на индуктивной развязке. На рынке их довольно много.
Сама схема сделана как генератор на довольно большую частоту который передаёт на индуктивность(сделанную металами верхнего уровня)
нижним уровнем металла делается приёмна катушка - связт между ними инуктивная(чаще всего неа резонансе.), детектор и далее. Да, это не обычный tx/rx, есть встроенный контроллек уоторый принемает сигнал, корректирует и конвертирует обратно в usb. И таких канала минимум 2. Они могут работать на разных частотах, поэтому междуканальная индуктивная связь. Может быь ещё 3й канал, для питания.
Эту схему можно сделать в стандартном техпроцессе(SOI или КНИ). Поэтому оптика и другое ничего не нужно. Стандартная технология. Получается все на борту, быстро и не сложно. С оптикой все сложнее. Фотоника на кртисалле не развита, внешние фотоприёмники и передатчики(лазеры), внешние - а это меделнно по умолчаию, или очень энергоёмко.
Напряжение изоляции определяется межслойным пробивным напряжением, а оно может составлять очень много. Да, в общем вот такой у них всех принцп.
По демонстрации скорости - полезнее было бы увидеть сравнение скоростей без/с изолятором. Если он что-то режет - оно скорее всего проявится и при 20МБ/с (т.к. внутри пакета в любом случае 480мбит/с).
Огроменный жирный плюс за КПДВ.
Для нас еще дикий плюс нового решения, что не надо вручную как в адуме выбирать скорость со стороны девайса, ибо это та самая перемычка на изоляторах на основе adum.
У нас есть решение промышленного устройства , где у закзчика было требование гальваноизолировать ВСЕ порты устройства, даже те, что не будут выходить за пределы короба, где оно будет установлено (usb hdmi) , и если ethernet и hdmi не проблема, то вот с usb мы заранее не знаем что будет подключаться в те порты, длиный провод от KVM , или например флешка, посему на "горячей" после ADUM стороне пришлось поставить микросхему usb хаба, которая upstream порт держала всегда в full-speed. В целом это не сильно проблема, но места там для всего этого фарша было уже маловато.
найдется чем проверить чтото более сложное, чем mass storage?
adum4160 то еще глюкалово, когда за ним стоит устройство, которое делает enumeration с задержкой, при этом не умеет управлять пинами (читай - не микроконтроллер)
Я в статье написал про вебкамеру, аудиокарту. Были еще пара HID-девайов, USB-uart преобразователь на 3Мегабода (CP2102N-GQFN28), телефон на Andriod (чтобы протестировать OTG). Про enumeration с задержкой ничего сказать не могу.
Наконец-то. Уж и не думал, что доживу до дешевого решения для USB 2.0. SDR насасывает помех по USB, а плата на ПЛИСах стоит дороже самого SDR
А что с изоляцией USB3.0 сейчас? Я так понимаю, это должно быть проще, там же всего две полудуплексные дифпары
Не раз попадались активные оптические 3.0 кабели (да хоть на Amazon), но цены - $170-200. Более интересно ($79) выглядит оптический Type C кабель к VR-шлемам Oculus, но точных его технических данных не нашёл, сужу по тому, что вместо него подходят и обычные 3.0 кабели, т.е. там USB, а не DisplayPort какой-нибудь.
Ещё такой подводный камень: 3.0-изоляторы изолируют только SuperSpeed линии, HS/FS/LS-устройства через них не заработают (на Amazon вижу негативные отзывы вроде "кабель - отстой, ни CNC-станок, ни камера Canon не видятся" - вполне ожидаемо).
Для тех, кто следит, есть хорошая новость:
AnlogDevices выпустили новое семейство микросхем ADUM3165, ADUM3166, ADUM4165, ADUM4166
Есть поддержка автоматического выбора скоростей, а также компактные корпуса (но с меньшим напряжением защиты)
Гальваническая изоляция USB 2.0 High Speed