如何利用電流隔離來(lái)消除接地環(huán)路

　　由于沒(méi)有控制信號來(lái)指示數據是傳輸到下游(外設)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(wú)法訪(fǎng)問(wèn)控制總線(xiàn)的串行接口引擎(SIE)內部信號的情況下，確定數據方向的唯一辦法是通過(guò)總線(xiàn)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(gè)外部SIE來(lái)避免隔離D+和D-的難題，該SIE由一個(gè)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(shuō)明了這種方法。光耦合器的傳播延遲會(huì )嚴重限制隔離SPI的速度，因此使用一個(gè)四通道數字隔離器。外部USB控制器從其緩沖器發(fā)送數據，緩沖器通過(guò)SPI接口加載。雖然外部SIE以外設最快的數據速率傳輸數據，但總線(xiàn)的有效數據速率受制于控制器使SIE緩沖器保持填滿(mǎn)的能力。這種情況下，數字隔離器的傳播延遲可能是一個(gè)瓶頸。由于使用外部SIE，這種方法會(huì )占用較大的板空間，而且可能需要修改外設驅動(dòng)。

　　圖4: 利用外部SIE隔離D+和D-線(xiàn)路

　　更簡(jiǎn)單的方法是利用單芯片USB隔離器ADuM3160直接隔離D+和D-線(xiàn)路，如圖5所示。使用這款數字隔離器時(shí)，主機和外設的驅動(dòng)均無(wú)需修改，其內部邏輯通過(guò)USB協(xié)議確定D+和D-的方向，并且相應地停用驅動(dòng)。2.5kV隔離柵斷開(kāi)通過(guò)USB電纜的接地連接，如若不然，就會(huì )形成一個(gè)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(xiàn)路

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