如何利用電流隔離來消除接地環(huán)路

　　由于沒有控制信號來指示數(shù)據(jù)是傳輸?shù)较掠?外設(shè))還是上游(主機)，因此隔離USB端口以消除電纜接地連接是一件很困難的事情。在無法訪問控制總線的串行接口引擎(SIE)內(nèi)部信號的情況下，確定數(shù)據(jù)方向的唯一辦法是通過總線處理。SIE的信號之所以不可用，是因為SIE常常被集成到處理器中。

　　有多種方法可以隔離USB。例如，可以利用一個外部SIE來避免隔離D+和D-的難題，該SIE由一個采用單向信號的串行接口(如SPI等)控制。SPI為單向接口，因而更容易隔離。

　　圖4說明了這種方法。光耦合器的傳播延遲會嚴(yán)重限制隔離SPI的速度，因此使用一個四通道數(shù)字隔離器。外部USB控制器從其緩沖器發(fā)送數(shù)據(jù)，緩沖器通過SPI接口加載。雖然外部SIE以外設(shè)最快的數(shù)據(jù)速率傳輸數(shù)據(jù)，但總線的有效數(shù)據(jù)速率受制于控制器使SIE緩沖器保持填滿的能力。這種情況下，數(shù)字隔離器的傳播延遲可能是一個瓶頸。由于使用外部SIE，這種方法會占用較大的板空間，而且可能需要修改外設(shè)驅(qū)動。

　　圖4: 利用外部SIE隔離D+和D-線路

　　更簡單的方法是利用單芯片USB隔離器ADuM3160直接隔離D+和D-線路，如圖5所示。使用這款數(shù)字隔離器時，主機和外設(shè)的驅(qū)動均無需修改，其內(nèi)部邏輯通過USB協(xié)議確定D+和D-的方向，并且相應(yīng)地停用驅(qū)動。2.5kV隔離柵斷開通過USB電纜的接地連接，如若不然，就會形成一個接地環(huán)路。

　　圖5: 利用單芯片USB隔離器ADuM3160直接隔離D+和D-線路

　　我們設(shè)計了一個接地環(huán)路的簡單硬件仿真模型，以此說明有線通信中接地環(huán)路的危害，以及通過電流隔離來中斷接地環(huán)路的有效性。測試設(shè)置產(chǎn)生的接地環(huán)路連接到USB電纜以及USB集線器和外設(shè)的電源，通過一臺筆記本電腦進行控制。此設(shè)置將交流電源線的60 Hz信號通過一個互感器耦合到接地線路，這與電源線的磁場在接地環(huán)路中產(chǎn)生噪聲的原理相似，因為它依賴的是同一噪聲源?？勺兇?lián)電阻使得流經(jīng)接地環(huán)路的電流是可調(diào)的。測量從集線器地到外設(shè)地的電壓，并且提高流經(jīng)接地環(huán)路的電流，直到它中斷與集線器的通信。測試中使用了兩個不同的外設(shè)，當(dāng)外設(shè)地