ISOUSB111：隔離式USB中繼器的卓越之選

在電子設備的設計中，USB接口的應用廣泛且關鍵，而對于需要隔離功能的USB連接場景，ISOUSB111隔離式USB中繼器是一款值得關注的產品。今天，我們就來深入了解一下這款產品。

文件下載：isousb111.pdf

一、產品概述

ISOUSB111是一款符合USB 2.0標準的電流隔離式中繼器，支持低速（1.5 Mbps）和全速（12 Mbps）信號傳輸。它具備自動速度和連接檢測功能，能反射上拉/下拉電阻，還支持鏈路電源管理，可輕松實現USB集線器、主機、外設和電纜的隔離。此外，該產品還支持自動角色反轉，適用于USB On-The-Go（OTG）和Type-C?雙角色端口（DRP）設計。

二、產品特性亮點

（一）電氣特性

1. 信號速率支持：支持低速（1.5 Mbps）和全速（12 Mbps）信號，滿足不同設備的通信需求。
2. 電源范圍靈活：(V{BUS})電壓范圍為4.25V至5.5V，內部集成3.3V LDO，可根據實際情況選擇合適的供電方式。當有4.25V至5.5V的電源（如USB VBUS電源）時，可連接到(V{BUS})，內部LDO生成(V{3P3V})；若沒有該電源，也可將(V{BUS})和(V_{3P3V})連接到外部3.3V電源。
3. 低功耗模式：支持L1（睡眠）和L2（暫停）低功耗狀態，在設備空閑時可有效降低功耗。
4. 高CMTI：共模瞬態抗擾度（CMTI）高達100kV/μs，能有效抵抗共模干擾，保證信號傳輸的穩定性。

（二）安全特性

1. 隔離性能：采用二氧化硅（(SiO{2})）絕緣屏障，隔離耐壓高達(5000V{RMS})，工作電壓為(1500V_{RMS})，能有效保護設備免受高壓影響，防止總線噪聲電流進入本地接地。
2. 安全認證：獲得了多項安全相關認證，如(8000V{PK} V{IOTM})和(2121V{PK} V{IORM})（加強型）認證（符合DIN EN IEC 60747 - 17（VDE 0884 - 17））、(5000V_{RMS})隔離1分鐘認證（符合UL 1577），以及IEC 62368 - 1、IEC 60601 - 1和IEC 61010 - 1等認證，為產品的安全性提供了有力保障。

（三）封裝與溫度特性

1. 封裝選項：提供16 - SOIC和16 - SSOP兩種封裝選項，可根據實際應用場景選擇合適的封裝。
2. 寬溫度范圍：環境溫度范圍為 - 40°C至125°C，能適應各種惡劣的工作環境。

三、引腳配置與功能

ISOUSB111的引腳配置根據不同的封裝（16 - SOIC和16 - SSOP）有所不同，但主要功能相似。以下是一些主要引腳的功能介紹：

• (V{BUS1})和(V{BUS2})：分別為兩側的輸入電源引腳，可連接4.25V至5.5V的電源（如USB電源總線），內部LDO會生成(V_{3P3V})；若沒有該電源，也可連接外部3.3V電源。
• GND1和GND2：分別為兩側的接地引腳，提供接地參考。
• UD + 和UD -：上游端口的D + 和D - 引腳，用于連接主機或集線器。
• DD + 和DD -：下游端口的D + 和D - 引腳，用于連接外設。

四、應用場景

（一）USB隔離應用

可用于USB集線器、主機、外設和電纜的隔離，有效防止不同設備之間的電氣干擾，提高系統的穩定性和可靠性。

（二）醫療領域

在醫療設備中，對電氣隔離和安全性要求較高，ISOUSB111的高隔離性能和安全認證使其非常適合用于醫療設備的USB接口隔離，保障患者和設備的安全。

（三）工業自動化

在工廠自動化、電機驅動和電網基礎設施等領域，環境復雜，干擾較大，ISOUSB111的高CMTI和寬溫度范圍特性使其能夠在惡劣環境下穩定工作，實現USB通信的可靠隔離。

（四）音頻應用

在USB音頻設備中，可實現音頻信號的隔離傳輸，減少噪聲干擾，提高音頻質量。

五、設計注意事項

（一）電源設計

1. 建議在(V{3P3Vx})引腳附近靠近GNDx放置0.1μF的電容，在(V{BUSx})引腳附近靠近GNDx放置1μF的電容，以進行電源去耦。
2. 在隔離主機/集線器或總線供電外設時，需要使用隔離電源，可借助變壓器驅動器（如TI的SN6505B）來生成隔離電源。

（二）布局設計

1. 采用兩層PCB設計即可實現低EMI設計。將高速信號（D + 和D - ）布線在頂層，避免使用過孔，以減少電感引入，確保數據鏈路的發射和接收電路與隔離器之間的互連干凈。
2. 盡量縮短從MCU到ISOUSB111以及從ISOUSB111到連接器的D + /D - 板上走線長度，避免D + /D - 線上出現過孔和短截線。
3. 在高速信號層下方放置實心接地平面，為傳輸線互連建立受控阻抗，并為回流電流提供低電感路徑。D + 和D - 走線應設計為90Ω差分阻抗和盡可能接近45Ω單端阻抗。
4. 將電源平面與接地平面相鄰放置，可產生約(100 pF / in^{2})的額外高頻旁路電容。
5. 去耦電容應放置在頂層，且電容與相應電源和接地引腳之間的布線應在頂層完成，布線路徑中不應有過孔。
6. ESD結構應放置在頂層，靠近連接器，直接位于D + /D - 走線上，無過孔。ESD結構的接地布線盡量在頂層完成，若無法在頂層完成，應通過多個過孔與接地平面建立強連接。
7. 低速控制信號可布線在底層，以提供更大的布線靈活性。

六、總結

ISOUSB111作為一款高性能的隔離式USB中繼器，具有豐富的特性和廣泛的應用場景。在設計過程中，合理的電源設計和布局設計是確保其性能發揮的關鍵。電子工程師在選擇USB隔離解決方案時，ISOUSB111是一個值得考慮的優秀產品。大家在實際應用中有沒有遇到過類似產品的設計挑戰呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。