全速/低速5 kVUSB数字隔离器 ADuM4160 功能框图 兼容USB 2.0 低速和全速数据速率：1.5 Mbps和12 Mbps 双向通信 VBUS电压：4.5 V至5.5 V 上游电源电流：7 mA (最大值，1.5 Mbps) 上游电源电流：8 mA (最大值，12 Mbps) 上游空闲电流：2.3 mA (最大值) 上游短路保护 3A类接触式ESD性能，符合ANSI/ESD STM5.1-2007标准 工作温度最高可达105°C 高共模瞬变抗扰度：>25 kV/μs 16引脚宽体SOIC封装版本 16引脚宽体SOIC封装增强爬电性能版本 符合RoHS标准 安全和法规认证(RI-16封装) UL认证：5000 V rms(1分钟)，符合UL 1577标准 CSA元件验收通知#5A IEC 60601-1：250 V rms(加强) IEC 60950-1：400 V rms(加强) 符合VDE标准证书 DIN V VDE V 0884-10 (VDE V 0884-10):2006-12 VIORM = 846 VPEAK VBUS1 1 REG REG 16 VBUS2 GND1 2 15 GND2 VDD1 3 14 VDD2 PDEN 4 13 SPD SPU 5 12 PIN UD– 6 11 DD– UD+ 7 10 DD+ GND1 8 9 PU LOGIC PD LOGIC GND2 08171-001 特性 图1. 许多微控制器实施的USB只向外部引脚提供D+和D−线 路。这在许多情况下都符合需求，因为它仅需极少的外部 器件，并简化了设计；不过，当需要隔离时，这会带来难 题。USB线路必须在主动驱动D+/D−、接收数据与允许外 部电阻设置总线空闲状态三者之间自动切换。ADuM4160 结构既可以检测数据流向，又能够控制输出缓冲的状态。 数据流向根据一个个分组确定。 ADuM4160将基于边沿检测的iCoupler技术与内部逻辑结合 使用，可实现透明、易于配置、面对上游的端口隔离器。 应用 隔离上游端口具有电路简单、电源管理和操作稳健等多种 USB外设隔离 隔离式USB集线器 医疗应用 优势。 概述 ADuM41601是一款基于ADI公司 iCoupler®技术的USB端口 隔离器，它将高速CMOS工艺与单片空芯变压器技术相结 合，可提供优异的工作性能，并且很容易与低速和全速 这款隔离器的传播延迟与标准集线器和电缆的传播延迟相 当。它可以采用任一侧的4.5 V至5.5 V电源电压供电，并能 在内部将该电压调节至信号电平，从而与VBUS直接相连。 ADuM4160对上拉电阻进行隔离控制，以便外设能控制连 接时序。该器件的空闲电流较低，因此不需要挂起模式。 另可提供2.5 kV版本ADuM3160。 USB兼容外设集成。 1 受美国专利第5,952,849号、6,873,065号和7,075,329号保护，其它专利正在申请中。 Rev. C Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate and reliable. However, no responsibility is assumed by Analog Devices for its use, nor for any infringements of patents or other rights of third parties that may result from its use. Specifications subject to change without notice. No license is granted by implication or otherwise under any patent or patent rights of Analog Devices. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. www.analog.com Tel: 781.329.4700 Fax: 781.461.3113 ©2009-2010 Analog Devices, Inc. All rights reserved. ADI中文版数据手册是英文版数据手册的译文，敬请谅解翻译中可能存在的语言组织或翻译错误，ADI不对翻译中存在的差异或由此产生的错误负责。如需确认任何词语的准确性，请参考ADI提供 的最新英文版数据手册。 ADuM4160 目录 特性 ................................................................................................... 1 ESD警告 ................................................................................... 7 应用 ................................................................................................... 1 引脚配置和功能描述 ..................................................................... 8 概述 ................................................................................................... 1 应用信息 ........................................................................................ 10 功能框图 ........................................................................................... 1 功能描述 ................................................................................ 10 修订历史 ........................................................................................... 2 产品使用 ................................................................................ 10 技术规格 ........................................................................................... 3 上游应用兼容性 ................................................................... 11 电气特性 .................................................................................. 3 电源选项 ................................................................................ 11 封装特性 .................................................................................. 4 印刷电路板(PCB)布局 ........................................................ 11 法规信息 .................................................................................. 4 直流正确性和磁场抗扰度 ................................................. 11 隔离和安全相关特性 ............................................................ 5 隔离寿命 ................................................................................ 12 DIN V VDE V 0884-10 (VDE V 0884-10)隔离特性 .......... 5 外形尺寸 ........................................................................................ 14 建议工作条件 ......................................................................... 6 订购指南 ................................................................................ 14 绝对最大额定值 ............................................................................. 7 修订历史 2010年10月—修订版B至修订版C 更改“特性”和“概述”部分 ...............................................................1 更改表1的尾注3和表3 ....................................................................4 更改表4 ..............................................................................................5 更改表7和表8 ...................................................................................7 更新外形尺寸 .................................................................................14 更改订购指南 .................................................................................14 2010年8月—修订版A至修订版B 更改数据手册标题 ..........................................................................1 更改“特性”部分................................................................................1 更改“应用”部分................................................................................1 更改“概述”部分................................................................................1 更改表3 ..............................................................................................4 2009年9月—修订版0至修订版A 增加USB标志，调整第1页格式 ...................................................1 2009年7月—修订版0：初始版 Rev. B | Page 2 of 16 ADuM4160 技术规格 电气特性 4.5 V ≤ VBUS1 ≤ 5.5 V，4.5 V ≤ VBUS2 ≤ 5.5 V；3.1 V ≤ VDD1 ≤ 3.6 V，3.1 V ≤ VDD2 ≤ 3.6 V；所有最大值/最小值适用于整个推荐的 工作范围，除非另有说明；所有典型值相对于TA = 25°C、VDD1 = VDD2 = 3.3 V而言。各电压均参照其各自的地。 表1 参数 直流规格 总电源电流 1 1.5 Mbps VDD1或VBUS1电源电流 VDD1或VBUS1电源电流 12 Mbps VDD1或VBUS1电源电流 VDD1或VBUS1电源电流 空闲电流 VDD1或VBUS1空闲电流 输入电流 单端逻辑高电平输入阈值 单端逻辑低电平输入阈值 单端输入迟滞 差分输入灵敏度 逻辑高电平输出电压 逻辑低电平输出电压 VDD1和VDD2电源欠压闭锁 VBUS1电源欠压闭锁 VBUS2电源欠压闭锁 收发器电容 电容匹配 全速驱动器阻抗 阻抗匹配 开关规格，I/O引脚低速 低速数据速率 传播延迟2 低速下第1侧输出上升/下降时间（10%至90%） 低速差分抖动，下一转换 低速差分抖动，成对转换 开关规格，I/O引脚全速 全速数据速率 传播延迟2 符号 最小值 典型值 最大值 单位 测试条件 IDD1 (L) IDD2 (L) 5 5 7 7 mA mA 750 kHz逻辑信号速率，CL = 450 pF 750 kHz逻辑信号速率，CL = 450 pF IDD1 (F) IDD2 (F) 6 6 8 8 mA mA 6 MHz逻辑信号速率，CL = 50 pF 6 MHz逻辑信号速率，CL = 50 pF 1.7 +0.1 2.3 +1 mA µA IDD1 (I) IDD−, IDD+, IUD+, IUD−, ISPD, IPIN, ISPU, IPDEN VIH VIL VHST VDI VOH VOL VUVLO VUVLOB1 VUVLOB2 CIN ZOUTH −1 2.0 0.8 0.4 0.2 2.8 0 2.4 3.5 3.5 3.6 0.3 3.1 4.35 4.4 10 10 4 20 10 1.5 tPHLL, tPLHL tRL/tFL 325 75 |tLJN| |tLJP| 300 45 15 tPHLF, tPLHF 20 全速下输出上升/下降时间（10%至90%） tRF/tFF 4 全速差分抖动，下一转换 全速差分抖动，成对转换 |tFJN| |tFJP| 12 60 70 20 3 1 Rev. B | Page 3 of 16 V V V V V V V V V pF % Ω % 0 V ≤ VDD-, VDD+, VUD+,VUD−, VSPD, VPIN, VSPU, VPDEN ≤ 3.0 |VXD+ − VXD−| RL = 15 kΩ, VL = 0 V RL = 1.5 kΩ, VL = 3.6 V UD+, UD−, DD+, DD− 接地 Mbps CL = 50 pF ns CL = 50 pF, SPD = SPU = 低电平， VDD1、VDD2 = 3.3 V ns CL = 450 pF SPD = SPU = 低电平， VDD1、VDD2 = 3.3 V ns CL = 50 pF ns CL = 50 pF Mbps CL = 50 pF ns CL = 50 pF SPD = SPU = 高电平， VDD1、VDD2 = 3.3 V ns CL = 50 pF SPD = SPU = 高电平， VDD1、VDD2 = 3.3 V ns CL = 50 pF ns CL = 50 pF ADuM4160 参数 所有工作模式 共模瞬变抗扰度 逻辑高电平输出 3 符号 最大值 典型值 最大值 单位 测试条件 |CMH| 25 35 kV/µs VUD+、VUD−、VDD+、VDD− = VDD1或VDD2， VCM = 1000 V，瞬变幅度 = 800 V 逻辑低电平输出 3 |CML| 25 35 kV/µs VUD+、VUD−、VDD+、VDD− = VDD1或VDD2， VCM = 1000 V，瞬变幅度 = 800 V 1 以固定连续数据速率运行、50%占空比、J和K状态交替下器件的电源电流值。电源电流值是在USB兼容负载存在的条件下测得。 2 任一信号方向下低速DD+至UD+或DD−至UD−的传播延迟是从上升或下降沿的50%水平到对应输出信号的上升或下降沿的50%水平的测量结果。 3 CMH是在维持VO > 0.8 VDD2时能保持的最大共模电压压摆率。CML是在维持VO < 0.8 V时能保持的最大共模电压压摆率。 共模电压压摆率适用于共模电压的上升沿和下降沿。瞬变幅度是共模压摆的范围。 封装特性 表2 参数 电阻(输入至输出)1 电容(输入至输出)1 输入电容2 IC结至环境热阻 1 2 符号 RI-O CI-O CI θJA 最小值 典型值 最大值 单位 1012 Ω 2.2 pF 4.0 pF 45 °C/W 测试条件 f = 1 MHz 热电偶位于封装底部正中间 假设器件为双端器件；引脚1、2、3、4、5、6、7、8短路连在一起，引脚9、10、11、12、13、14、15、16短路连在一起。 输入电容是从任意输入数据引脚到地的容值。 法规信息 ADuM4160已获得所列机构的认可。关于特定交叉隔离波形和绝缘水平下的推荐最大工作电压，请参阅和请注意,在强磁场和高 频率的叠加作用下，印刷电路板走线形成的任何回路都会感应出足够大的错误电压触发后续电路的阈值。在布局的时候需要格 外小心以避免发生这种情况。 表3 UL（申请中） 1577器件认可程序认可1 CSA CSA元件验收通知#5A批准 单一保护5000 V均方根值隔离电压 基本绝缘符合CSA 60950-1-03和IEC 60950-1标准， 600 V rms（848 V PEAK）最大工作电压 加强绝缘符合CSA 60950-1-03和IEC 60950-1标准， 380 V rms（537 V PEAK）最大工作电压，RW-16封 装 加强绝缘符合CSA 60950-1-03和IEC 60950-1标准， 400 V rms（565 V PEAK）最大工作电压，RI-16封装 加强绝缘符合IEC 60601-1标准，125 V rms（176 V PEAK）最大工作电压，RW-16封装 加强绝缘符合IEC 60601-1标准，250 V rms（353 V PEAK）最大工作电压，RI-16封装 文件E214100 文件205078 1 2 VDE（申请中） DIN V VDE V 0884-10 (VDE V 0884-10): 2006-12认证2 加强绝缘，846 V峰值 文件2471900 - 4880-0001 依据UL1577，每个ADuM4160器件都经过1秒钟绝缘测试电压≥ 6000 V rms的验证测试(漏电流检测限值为10 μA)。 依据DIN V VDE V 0884-10，每个ADuM4160器件都经过1秒钟绝缘测试电压≥ 1050 V峰值的验证测试(局部放电检测限值为5 pC)。 器件标识中的*表示通过DIN V VDE V 0884-10认证。 Rev. B | Page 4 of 16 ADuM4160 隔离和安全相关特性 表4 参数 额定电介质隔离电压 最小外部气隙（间隙） 最小外部爬电距离 最小外部爬电距离 最小内部间隙 漏电特性（相对漏电指数） 隔离组 符号 值 5000 最小值8.0 最小值7.7 最小值8.5 最小值0.017 >175 IIIa L(I01) L(I02) L(I02) CTI 单位 V rms mm mm mm mm V 条件 持续1分钟 测量输入端至输出端，空气最短距离 测量输入端至输出端，沿壳体最短距离 测量输入端至输出端，沿壳体最短距离 隔离距离 DIN IEC 112/VDE 0303 Part 1 材料组（DIN VDE 0110，1/89，表1） DIN V VDE V 0884-10 (VDE V 0884-10)隔离特性 这些隔离器适合安全限制数据范围内的加强电气隔离。通过保护电路保持安全数据。 封装上的*标志表示通过DIN V VDE V 0884-10认证。 表5 描述 DIN VDE 0110装置分类 额定电源电压 ≤ 150 V rms 额定电源电压 ≤ 300 V rms 额定电源电压 ≤ 400 V rms 环境分类 污染度（DIN VDE 0110，表1） 最大工作绝缘电压 输入至输出测试电压，方法b1 条件 VIORM× 1.875 = VPR，100%生产测试，tm= 1秒， 局部放电 < 5 pC VIORM× 1.6 = VPR，tm= 60秒，局部放电 < 5 pC 输入至输出测试电压，方法a 跟随环境测试，子类1 跟随输入和/或安全测试，子类2和子类3 符号 特性 单位 VIORM VPR I 至 IV I 至 III I 至 II 40/105/21 2 846 1590 V 峰值 V 峰值 1375 1018 V 峰值 V 峰值 VTR 6000 V 峰值 TS IS1 RS 150 550 >109 °C mA Ω VPR VIORM× 1.2 = VPR，tm= 60秒，局部放电 < 5 pC 瞬变过压，tTR = 10秒 出现故障时允许的最大值（见图2） 最高允许过压 安全限值 壳温 第1侧+第2侧电流1+ Side 2 在TS的绝缘电阻 VIO = 500 V 500 400 300 200 100 0 0 50 100 150 AMBIENT TEMPERATURE (°C) 200 08171-002 SAFE OPERATING VDD1 CURRENT (mA) 600 图2. 热减额曲线，依据DIN V VDE V 0884-10获得的安全限值与壳温的关系 Rev. B | Page 5 of 16 ADuM4160 建议工作条件 表6 参数 工作温度 电源电压 1 输入信号上升和下降时间 1 符号 TA VBUS1, VBUS2 所有电压均参照其各自的地。有关外部磁场抗扰度的信息，参见“直流正确性和磁场抗扰度”部分。 Rev. B | Page 6 of 16 最小值 −40 3.1 最大值 +105 5.5 1.0 单位 °C V ms ADuM4160 绝对最大额定值 除非另有说明，环境温度 = 25°C。 注意，超出上述绝对最大额定值可能会导致器件永久性损 表7 坏。这只是额定最值，不涉及器件在这些或任何其它条件 参数 存储温度(TST) 工作环境温度(TA) 电源电压 (VBUS1、VBUS2、VDD1、VDD2)1 输入电压 (VUD+、VUD−、VSPU)1, 2 输出电压 (VDD−、VDD+、VSPD、VPIN)1, 2 每个引脚的平均输出电流3 第1侧(IO1) 第2侧(IO2) 共模瞬变4 额定值 −65°C 至 +150°C −40°C 至 +105°C −0.5 V 至 +6.5 V 下超出本技术规格指标的功能性操作。长期在绝对最大额 −0.5 V 至 VDDI + 0.5 V 参数 最大值 单位 交流电压，双极性波形 565 V 峰值 定值条件下工作会影响器件的可靠性。 表8. 最大连续工作电压 1 −0.5 V 至 VDDO + 0.5 V 约束条件 最少50年寿命 交流电压，单极性波形 基本绝缘 848 V 峰值 IEC 60950-1最大 认证工作电压 加强绝缘 846 V 峰值 VDE 0884-10最大 认证工作电压 直流电压 基本绝缘 848 V 峰值 IEC 60950-1最大 认证工作电压 加强绝缘 846 V 峰值 VDE 0884-10最大 认证工作电压 −10 mA 至 +10 mA −10 mA 至 +10 mA −100 kV/µs to +100 kV/µs 1 所有电压均参照其各自的地。 VDD1、VBUS1和VDD2、VBUS2分别指耦合器上游侧和下游侧的电源电压。 3 不同温度下的最大额定电流值参见图2。 4 指隔离栅上的共模瞬变。超过绝对最大额定值的共模瞬变可能导致闩锁 或永久损坏。 2 1 指隔离栅上的连续电压幅度。详情见隔离寿命部分。 ESD警告 ESD(静电放电)敏感器件。 带电器件和电路板可能会在没有察觉的情况下放 电。尽管本产品具有专利或专有保护电路，但在 遇到高能量ESD时，器件可能会损坏。因此，应 当采取适当的ESD防范措施，以避免器件性能下 降或功能丧失。 Rev. B | Page 7 of 16 ADuM4160 引脚配置和功能描述 VBUS1 1 16 VBUS2 GND1* 2 15 GND2* 14 VDD2 VDD1 3 PDEN 4 SPU 5 ADuM4160 13 SPD TOP VIEW (Not to Scale) 12 PIN UD– 6 11 DD– UD+ 7 10 DD+ GND1* 8 9 GND2* *PIN 2 AND PIN 8 ARE INTERNALLY CONNECTED, AND CONNECTING BOTH TO GND1 IS RECOMMENDED. PIN 9 AND PIN 15 ARE INTERNALLY CONNECTED, AND CONNECTING BOTH TO GND2 IS RECOMMENDED. 08171-003 NC = NO CONNECT 图3.引脚配置 表9. 引脚功能描述 引脚编号 引脚名称 1 VBUS1 方向 电源 描述 地1。隔离器第1侧的接地基准。 第1侧输入电源。如果隔离器由USB总线电压4.5 V至5.5 V供电，则将VBUS1连接到USB电源总线。 如果隔离器从一个3.3 V电源供电，则将VBUS1连接到VDD1和外部3.3 V电源。需要旁路至GND1。 2 3 GND1 VDD1 回路 电源 4 PDEN 输入 下拉使能。退出复位状态时读取此引脚。标准操作下，应将此引脚连接到VDD1。在退出复位状态的 同时，如果此引脚连接到GND1，则下游下拉电阻断开，允许进行缓冲器阻抗测量。 5 SPU 输入 速度选择上游缓冲器。高电平有效逻辑输入。当SPU为高电平时，选择全速压摆率、时序和逻辑规 则；当SPU为低电平时，选择低速压摆率、时序和逻辑规则。此输入必须通过连接到VDD1而设为高电 平，或者通过连接到GND1而设为低电平，并且必须与引脚13保持一致。 6 UD− I/O 上游D−。 7 UD+ I/O 上游D+。 8 GND1 回路 地1。隔离器第1侧的接地基准。 9 GND2 回路 地2。隔离器第2侧的接地基准。 10 DD+ I/O 上游D−。 11 DD− I/O 上游D+。 12 PIN 输入 上游上拉使能。PIN控制上游端口上拉电阻的电源连接。它可以连接到VDD2，用于上电时的操作，或 者连接到一个外部控制信号，用于需要延迟枚举的应用。 13 SPD 输入 速度选择下游缓冲器。高电平有效逻辑输入。当SPD为高电平时，选择全速压摆率、时序和逻辑规 则；当SPD为低电平时，选择低速压摆率、时序和逻辑规则。此输入必须通过连接到VDD2而设为高电 平，或者通过连接到GND2而设为低电平，并且必须与引脚5保持一致。 14 VDD2 电源 第2侧的电源。如果隔离器由USB总线电压4.5 V至5.5 V供电，则VDD2引脚应用于一个接GND2的旁路电 容。可能需要上拉的信号线，如SPD等，可以与此引脚相连。如果隔离器从一个3.3 V电源供电，则 将VBUS2连接到VDD2和外部3.3 V电源。需要旁路至GND2。 15 GND2 回路 地2。隔离器第2侧的接地基准。 16 VBUS2 电源 第2侧输入电源。如果隔离器由USB总线电压4.5 V至5.5 V供电，则将VBUS2连接到USB电源总线。如果 隔离器从一个3.3 V电源供电，则将VBUS2连接到VDD2和外部3.3 V电源。需要旁路至GND2。 第1侧的电源。如果隔离器由USB总线电压4.5 V至5.5 V供电，则VDD1引脚应用于一个接GND1的旁路电 容。可能需要上拉的信号线，如PDEN和SPU等，应与此引脚相连。如果隔离器从一个3.3 V电源供 电，则将VBUS1连接到VDD1和外部3.3 V电源。需要旁路至GND1。 Rev. B | Page 8 of 16 ADuM4160 表10. 真值表、控制信号和电源(正逻辑) 1 VSPU 输入 H L L VBUS1, VDD1 状态 有电 有电 有电 VUD+, VUD− 状态 有效 有效 有效 VSPD 输入 H L H VBUS2, VDD2 状态 有电 有电 有电 VDD+, VDD− 状态 有效 有效 有效 VPIN 输入 H H H H 有电 有效 L 有电 有效 H X X 有电 无电 Z X X X 有电 有电 Z Z L X X 有电 Z X 无电 X X 1 注释 输入和输出逻辑设置为全速逻辑规则和时序。 输入和输出逻辑设置为低速逻辑规则和时序。 不允许：VSPU和VSPU必须设为相同的值。USB主机检测到 通信错误。 不允许：VSPU和VSPU必须设为相同的值。USB主机检测到 通信错误。 上游第1侧对USB线缆呈现为断开状态。 当VDD1上没有电源时，下游数据输出驱动器在32位时间 内回到高阻态。下游侧在高阻态初始化。 当VDD2上没有电源时，上游侧在32位时间内断开上拉电 阻并禁用上游驱动器。 H表示逻辑高电平输入或输出，L表示逻辑低电平输入或输出，X表示无关逻辑输入或输出，Z表示高阻态输出。 Rev. B | Page 9 of 16 ADuM4160 应用信息 功能描述 1. USB主机通过电缆为ADuM4160的上游侧供电。 因为多种原因，D+/D−线路的USB隔离非常困难。首先， 2. 外设电源为ADuM4160的下游侧供电。 3. 隔离器的DD+/DD−线路与外设控制器接口，UD+/UD 为了控制收发器，一般需要访问输出使能信号。隔离器必 须具备一定的智能性，以便解释数据流并确定何时使能和 −线路连接到电缆或主机。 禁用上下游输出缓冲器。其次，必须在耦合器的输出侧如 实重构信号，同时保留精确的时序信息，并且不传递瞬时 4. 外设的数据速率是固定的，在设计时确定。 状态，如无效SE0和SE1状态等。此外，器件必须满足挂起 ADuM4160具有配置引脚SPU和SPD，用于确定各侧的 模式的低功耗要求。 缓冲器速度和逻辑规则。这些参数必须采用同样的设 iCoupler技术基于边沿检测，因而非常适合USB应用。器件 置，并且与所需的外设速度相匹配。 监控输入有无活动，并根据空闲(J)状态的转换方式设置数 5. 当USB电缆外设端（即ADuM4160的上游侧）的UD+ 据传输的方向，从而实现数据流通。确定数据方向后，数 或UD−线路被拉高时，开始USB枚举。该事件的时序 据即开始传输，直到分组结束(EOP)或遇到时间足够长的 由耦合器下游侧的PIN输入控制。 空闲状态。此时，耦合器禁用输出缓冲器，并监控输入的 6. 上拉和下拉电阻位于耦合器内部。只需外部串联电阻 下一次活动。 和旁路电容便可工作。 在数据传输期间，耦合器的输入侧使输出缓冲器保持禁用 PERIPHERAL 状态。输出侧使能输出缓冲器，并禁用输入缓冲器的边沿 VDD2 VBUS1 检测。这样，数据沿着一个方向流动，而不会通过耦合器 DD+ 绕回，造成iCoupler闩锁。内置的逻辑能够消除差分和单 USB HOST DD+ ADuM4160 DD– PIN MICROCONTROLLER POWER SUPPLY 08171-004 端缓冲器的不同输入阈值所引起的伪像。输入状态以三个 DD– GND1 3.3V VBUS2 有效状态中的一个状态跨越隔离栅：J、K或SE0。信号在 输出侧进行重构，与输入侧差分输入保持着固定时间延 图4. 典型应用 迟。 iCoupler没有特殊挂起模式，也不需要这种模式，因为当 USB总线空闲时，其电源电流低于挂起电流限值2.5 mA。 ADuM4160设计用于隔离D+/D−线路，从而与面对上游的 低速/全速USB端口接口。面对上游的端口仅支持一种工作 速度，因此速度相关参数、J/K逻辑电平和D+/D−压摆率须 设置为与面对上游的外设端口的速度相匹配(见表10)。 ADuM4160下游侧的控制线路用于激活一个集成于上游侧 的上拉电阻，这使得下游端口能够控制上游端口何时连接 USB总线。该引脚可以连接到外设上拉电阻、一条控制线 除了上拉电阻的延迟应用外，ADuM4160对USB流量是透 明的，无需修改外设设计便可提供隔离。这款隔离器给信 号增加的传播延迟与集线器和电缆相当。确定数据链中集 线器的最大数量时，必须将隔离外设视作具有内置的集线 器。 集线器可以像任何其它外设一样进行隔离。将ADuM4160 放在集线器芯片的上游端口，可以构成隔离集线器。如果 算作两个集线器延迟，这种配置就可以实现兼容。集线器 芯片使得ADuM4160能够以全速工作，同时仍然兼容低速 器件。 路或VDD2引脚，具体取决于何时执行初始总线连接。 产品使用 ADuM4160设计用来集成到一个USB端口面对上游的USB 外设之中，如图4所示。设计要点包括： Rev. B | Page 10 of 16 ADuM4160 上游应用兼容性 印刷电路板(PCB)布局 ADuM4160专为隔离USB外设而设计。不过，该芯片具有 ADuM4160数字隔离器的逻辑接口不需要外部接口电路。 两个USB接口，符合驱动USB电缆的电气要求。这样，除 全速工作时，器件每一侧的D+和D−线路需要一个24 Ω ± 1% 了隔离主机端口外，在下游USB端口实现隔离也是可能 串联端接电阻。低速应用不需要这些电阻。输入和输出供 的，例如同时连接上游和下游器件的隔离电缆。 电引脚需要电源旁路(图5)。芯片每一侧的VBUSx与VDDx之间 在完全兼容的应用中，面对下游的端口必须能够根据上游 应安装旁路电容；容值应为0.1 μF，电容应为低ESR型。电 上拉电阻的应用判断外设是低速还是全速器件。缓冲器和 容两端到电源引脚的走线总长不应超过10 mm。还应考虑 逻辑规则必须根据请求的速度进行调整。ADuM4160采用 引脚2与引脚8，引脚9与引脚15之间的旁路，除非各封装 硬连线引脚设置速度，因此无法根据不同的外设随时进行 侧的接地对靠近封装连接。 VBUS2 = 3.3V INPUT VDD2 = 3.3V INPUT VBUS1 = 5.0V INPUT VDD1 = 3.3V OUTPUT 在主机端口中使用ADuM4160的实际效果是该端口以单一 VBUS1 GND1 VDD1 速度工作。这在嵌入式主机应用中是可以接受的，但此类 ADuM4160 PDEN SPU UD– UD+ GND1 接口不与通用USB端口完全兼容。 隔离电缆应用也有类似的问题。电缆只能以预设的速度工 作，因此应将电缆组件视作定制应用，而不是通用隔离电 VBUS2 GND2 VDD2 SPD PIN DD– DD+ GND2 08171-005 调整。 图5. 推荐的印刷电路板布局 缆。 电源选项 在具有高共模瞬变的应用中，必须确保隔离栅两端的电路 在多数USB收发器中，3.3 V电压是通过LDO调节器从5 V 板耦合最小。此外，如此设计电路板布局，任何耦合都不 USB总线获得。ADuM4160的上游侧和下游侧均内置LDO 会出现并影响器件侧所有的引脚。如果不满足设计要求， 调节器。LDO的输出在VDD1和VDD2引脚上提供。某些情况 将会使引脚间的电压差异超过器件的绝对最大额定值，造 下，特别是隔离的外设围设备的一侧，可能没有5 V电源 成器件闩锁或者永久损坏。 可用。ADuM4160能够旁路调节器，直接采用3.3 V电源工 直流正确性和磁场抗扰度 作。 在隔离器输入端的正负逻辑电平转换会使一个很窄的(约 每侧有2个电源引脚：VBUSx和VDDx。如果VBUSx接5 V电源， 则内部调节器产生3.3 V电压为xD+和xD−驱动器供电。VDDx 可以外接3.3 V电源，以实现外部旁路并为外部上拉电阻提 供偏置。如果只有3.3 V电源可用，则可以利用它为VBUSx和 1 ns)脉冲通过变压器被送到解码器。解码器是双稳态的， 因此可以被这个脉冲置位或复位，表示输入逻辑的转换。 如果输入端没有大于约12 USB位时间的逻辑转换，则发送 周期性的刷新脉冲，表示输入状态是正确的，可以确保输 VDDx供电。这将禁用调节器，并直接从3.3 V电源为耦合器 出直流的正确性。如果解码器未接收到内部脉冲的时间超 供电。 过大约36 USB位时间，输入侧则认为没有供电或者无效， 图5显示了一个典型应用的配置：耦合器的上游侧直接从 在这种情况下，隔离器的输出被看门狗计时电路强制设置 USB总线获得电源，下游侧则从外设电源获得3.3 V电压。 为默认状态(见表10)。 下游侧也可以采用5V VBUSx电源供电。如果需要，它可以像 ADuM4160磁场抗扰度的限制是由变压器接收线圈中的感 图5所示的VBUS1一样进行连接。 应电压的状态决定的，电压足够大就会错误地置位或复位 解码器。下面的分析说明此情况发生的条件。检测 ADuM4160的3 V工作条件是因为这是最易受干扰的工作模 式。 Rev. B | Page 11 of 16 ADuM4160 1000 约是0.5 V，因此有一个0.5V的噪声容限。接收线圈上的感 应电压由以下公式计算： V = (−dβ/dt)∑∏rn2; n = 1, 2, … , N 其中： β是磁通量密度（高斯）。 N是接收线圈匝数。 rn是接收线圈第n圈的半径(cm)。 MAXIMUM ALLOWABLE CURRENT (kA) 变压器输出端脉冲的幅度大于1.0 V。解码器的检测阈值大 DISTANCE = 1m 100 10 DISTANCE = 100mm 1 DISTANCE = 5mm 0.1 0.01 多能够有0.5V余量的50%，允许的最大磁场见图6所示计 1k 10k 100k 1M 10M 100M MAGNETIC FIELD FREQUENCY (Hz) 算。 08171-007 给定ADuM4160接收线圈几何形状及感应电压，解码器最 图7. 不同电流至ADuM4160距离下的最大允许电流 MAXIMUM ALLOWABLE MAGNETIC FLUX DENSITY (kguass) 100 如图所示，ADuM4160只有在离器件很近的高频大电流下 才被影响。例如1 MHz时，0.5 kA电流必须放置在距离 10 ADuM4160 5mm以外的时候才不会影响器件的工作。 1 请注意,在强磁场和高频率的叠加作用下，印刷电路板走线 形成的任何回路都会感应出足够大的错误电压触发后续电 0.1 路的阈值。在布局的时候需要格外小心以避免发生这种情 况。 0.01 隔离寿命 10k 100k 1M 10M MAGNETIC FIELD FREQUENCY (Hz) 100M 08171-006 0.001 1k 图6. 最大允许外部磁通密度 所有的隔离结构在长时间的电压作用下，最终会被破坏。 隔离衰减率由施加在隔离上的电压波形的参数决定。除了 监管机构所执行的测试外，ADI公司还进行一系列广泛的 例如，在1MHz的磁场频率下，最大允许0.2K高斯的磁场在 接收线圈可以感应出0.25 V的电压。这大约是检测阈值的 50%并且不会引起输出转换错误。同样，如果这样的情况在 发送脉冲时发生(最差的极性)，这会使接收到的脉冲从大 于1.0 V下降到0.75 V，这仍然高于解码器检测阈值0.5 V。 评估来确定ADuM4160内部隔离结构的寿命。 ADI公司使用超过额定连续工作电压的电压执行加速寿命 测试。确定多种工作条件下的加速系数，利用这些系数可 以计算实际工作电压下的失效时间。表8中显示的值总结 了双极性交流工作条件下50年工作寿命的峰值电压以及 先前的磁通密度值对应于与ADuM4160变压器给定距离的 CSA/VDE认可的最大工作电压。许多情况下，认可工作电 额定电流幅度。图7表明这些允许的电流幅度是频率与所 压高于50年工作寿命电压。某些情况下，在这些高工作电 选距离的函数。 压下工作会导致隔离寿命缩短。 ADuM4160的隔离寿命由施加在隔离栅上的电压波形决 定。iCoupler隔离结构度以不同速率衰减，这由波形是否 为双极性交流、单极性交流或直流决定。图8、图9和图10 显示这些不同隔离电压的波形。 Rev. B | Page 12 of 16 ADuM4160 RATED PEAK VOLTAGE 作50年的目标决定ADI推荐的最大工作电压。 0V 在单极性交流或者直流电压的情况下，隔离应力显然低得 08171-008 双极性交流电压是最苛刻的环境。在交流双极性条件下工 图8. 不同电流至ADuM4160距离下的最大允许电流 多。这种工作模式允许更高的工作电压，同时仍能够实现 50年的工作寿命。表8中列出的工作电压在维持50年最低工 RATED PEAK VOLTAGE 况的工作电压。任何与图9或图10不一致的交叉隔离电压 08171-009 作寿命的前提下，提供了符合单极性交流或者直流电压情 0V 图9. 单极性交流波形 波形都应被认为是双极性交流波形，其峰值电压应限制在 表8中列出的50年工作寿命电压以下。 表任何在0 V与某一限值之间变化的电压波形。该限值可以 为正值或负值，但电压不能穿过0 V。 RATED PEAK VOLTAGE 08171-010 请注意，图9所示的正弦电压波形仅作为示例提供，它代 0V 图10. 直流波形 Rev. B | Page 13 of 16 ADuM4160 外形尺寸 10.50 (0.4134) 10.10 (0.3976) 9 16 7.60 (0.2992) 7.40 (0.2913) 8 1.27 (0.0500) BSC 0.75 (0.0295) 0.25 (0.0098) 2.65 (0.1043) 2.35 (0.0925) 0.30 (0.0118) 0.10 (0.0039) COPLANARITY 0.10 10.65 (0.4193) 10.00 (0.3937) SEATING PLANE 0.51 (0.0201) 0.31 (0.0122) 45° 8° 0° 1.27 (0.0500) 0.40 (0.0157) 0.33 (0.0130) 0.20 (0.0079) COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MS-013- AA CONTROLLING DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERS; INCH DIMENSIONS (IN PARENTHESES) ARE ROUNDED-OFF MILLIMETER EQUIVALENTS FOR REFERENCE ONLY AND ARE NOT APPROPRIATE FOR USE IN DESIGN. 032707-B 1 图11. 16引脚标准小型封装[SOIC_W] 宽体 (RW-16) 图示尺寸单位：mm和(inches) 订购指南 型号 1, 2 ADuM4160BRWZ ADuM4160BRWZ-RL ADUM4160BRIZ ADUM4160BRIZ-RL EVAL-ADUM4160EBZ 1 2 输入数， VDD1侧 输入数， VDD2侧 最大传播延迟， 最大抖动 最大数据 (ns) 速率(Mbps) 5 V (ns) 温度范围 封装描述 封装选项 2 2 2 2 2 2 2 2 12 12 12 12 −40°C 至 +105°C −40°C 至 +105°C −40°C 至 +105°C −40°C 至 +105°C 16引脚 16引脚 16引脚 16引脚 评估板 RW-16 RW-16 RI-16 RI-16 70 70 70 70 3 3 3 3 Z = 符合RoHS标准的兼容器件。 对于所列的全部器件，技术规格对应于全速缓冲配置。 Rev. B | Page 14 of 16 SOIC_W SOIC_W SOIC_IC SOIC_IC ADuM4160 注释 Rev. B | Page 15 of 16 ADuM4160 注释 ©2009-2010 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. D08171sc-0-7/11(C) Rev. B | Page 16 of 16