Usb изолятор что это
USB-изоляторы
Про USB
Впервые про USB заговорили в середине девяностых годов прошлого века. Универсальная последовательная шина, а именно так расшифровывается аббревиатура USB, буквально сразу стала популярной. С каждым годом увеличивалось количество устройств, специально разработанных под USB.
Универсальная последовательная шина позволяет без перезагрузки подключать периферийные устройства к аппаратной части, то есть, к самому компьютеру. Достоинства данной технологии заключаются в практичности, надежности и функциональности.
Для чего нужны USB-изоляторы?
USB-изоляторы – это особый класс устройств, использование которых позволяет упростить работу гальванически развязанного USB-порта. Другими словами, при помощи подобных изоляторов можно защитить аппаратное оборудование от контуров заземления. Также использование USB-изоляторов помогает избежать потери данных при условиях высокого электромагнитного излучения.
Применение USB-изоляторов
В сетевом оборудовании промышленного уровня не обойтись без использования USB-изоляторов. Благодаря этим устройствам можно защитить дорогостоящее сетевое оборудование от влияния негативных факторов. Такими факторами могут быть скачки напряжения, электростатические разряды, перепады температур, вибрации, электромагнитные помехи. Достаточно часто USB-изоляторы используются в сложных аудиосистемах, медицинском оборудовании, энергетических системах и так далее. Существуют также изоляторы для ноутбуков, которые предназначены для работы в полевых условиях.
Продвинутый USB-изолятор Nobsound ADuM4160
Сегодня говорим о компактном USB изоляторе, обеспечивающим правильную гальваническую развязку и позволяющим избавиться от шумов по питанию USB порта. Естественно, снабдим все графиками и разнообразными замерами.
Зачастую услышать шумы по USB чрезвычайно сложно. Однако, то и дело появляются жалобы на звуковые карты, ЦАПы, усилители для наушников и аналогичные устройства. Кто-то конечно считает, что так и должно быть. Другие удивляются, поскольку в их прошлых моделях такого не было и искренне хотят разобраться в проблеме. Сам я столкнулся с шумами при замерах с моего ноутбука. Даже не смотря на то, что в момент измерений я переводил его в режим работы от аккумулятора — помехи никуда не исчезали. На АЧХ это параметр влияния не имеет, однако шумы и различные искажения выглядят весьма скверно. И главное, что этот недостаток относится не к измеряемому устройству, а непосредственно к измерительной системе и портит общее мнение читателей о аудиодевайсе.
Суть же USB изолятора очень проста и заключается в реализации гальванической развязки ПК и внешнего устройства. Существует целый ряд подобных решений на разных чипах, наиболее удачными из которых признаются ADuM4160. Мне в руки попала продвинутая версия именно такого изолятора с наименованием Nobsound ADuM4160. Стоит он конечно не шапку сухарей и верю, что многие из читателей из грязи и палок сделают лучше. Но я такими искусствами не владею, оттого даже спорить на эти темы не буду. Мы же займемся подробным рассмотрением героя нашего обзора.
Поставляется девайс вообще без упаковки, а в комплекте находим лишь короткий MicroUSB кабель.
На самом устройстве имеем полноценный USB порт для подключения аудиоустройства.
А комплектным MicroUSB кабелем, через соответствующий разъем на противоположном конце, мы подключаемся к ноутбуку или ПК.
Достоинством данной модели можно считать второй MicroUSB порт, к которому можно подвести внешнее питание.
Текущий режим работы определяется двумя переключателями: Low/High и In/Ext Power.
Первый, по факту, меняет режим работы USB 1.0 на USB 1.1. Да, устройство не поддерживает полноценный USB 2.0 и всего лишь с ним совместимо. В моем случае, звуковая карта Focusrite работать с изолятором наотрез отказалась, а вот куча разнообразных ЦАПов с внешним питанием — функционируют отлично. Второй переключатель, как несложно догадаться, переводит питание с внутреннего на внешнее.
Ну и что же мы имеем в итоге? Для примера приведу свой стационарный ЦАП TOPPING DX7s с выхода на наушники без и с применением изолятора. Переключатель питания установлен в режим In, в Ext замеры незначительно лучше.
В текущих графиках Normal (зеленый) — это измерения без устройства, а Clear (белый) — с применением описанного выше устройства.
Итогом, в недостатки Nobsound ADuM4160 отнесу отсутствие полной поддержки USB 2.0, однако ее нет ни у одного из аналогичных устройств с АлиЭкспресс. В качестве достоинств получаем реально отличные замеры и практически полное отсутствие внешних шумов.
Избавляемся от помех и наводок с USB-изолятором: просто, дёшево, эффективно
Коротко о главном: Цена – 5-6$ (На таобао. На Али — дороже). Скорость – USB 2.0 Full Speed, Устройства с питанием от шины USB работают плохо – не хватает тока, но доработка возможна.
Что это такое, и зачем оно может вам понадобится? (Далее абзац – максимально просто и понятно, для гуманитариев, технарей попрошу с советами не лезть).
Это устройство обеспечивает гальваническую развязку (то есть, ток перестает течь) порта USB. Обычному пользователю такое нужно нечасто, так как сценарии его применения очень специфические, но часто, столкнувшись с проблемами, которые можно решить этим устройством, большинство пользователей так и не находят им правильного решения. Самая распространенная проблема – наводка на звуковой тракт (шумы, помехи, искажения), при одновременном подключении источника по USB и аудио входам. Расскажу про них на своем примере. У меня есть синтезаторы Yamaha PSR E-413, Casio CT-X5000, я их подключаю к компьютеру для использования в качестве устройства воспроизведения MIDI файлов (всё работает нормально), и хочу это самое воспроизведение оцифровать, с помощью внешней или встроенной звуковой карты. (вот тут уже появляются проблемы). Как только подключу синтезатор и звуковую карту к друг другу (при уже подключенном USB порте), сразу из динамиков синтезатора, даже если выкрутить громкость на минимум, становится слышен писк (в случае с Casio) или гул (в случае с Yamaha). Соответственно, эти помехи присутствуют и в записи, что делает её непригодной для использования. Причина простая – после подключения обычным, аналоговым кабелем, в системе появляются два «земляных» провода, и через них, наводки попадают на вход звуковой карты. Другой сценарии – у вас дома небольшая студия, гитары, синтезатор, микшер, и вы решили записать ваше выступление в компьютер, специально для этой цели купили хорошую, дорогую звуковую карту, подключаете её к компьютеру и к микшеру, и в записи получаете ужасный фон и треск. Проблема опять в «второй земле» (которая на этот раз, получается через общую шину заземления), через которую наводки попадают на вход.
Решение этой проблемы имеет несколько вариантов, и у всех свои особенности и недостатки, расскажу об некоторых из них.
Что касается технарей, думаю, объяснять вам, для чего может понадобится USB изолятор – смысла нет. Тут и подключение осциллографов и анализаторов к «горячим» источникам, поиск и локализация разных глюков, и многое другое. Так что переходим собственно к герою обзора.
Сердцем данного изолятора является микросхема ADUM3160 – одна из наиболее доступных и базовых среди USB изоляторов от фирмы Analog Devices. Поддерживаются режимы USB Low Speed, USB 2.0 Full speed. Поддержки High speed – нет. В отличие от рекомендованной производителем схемы включения, китайцы, в целях экономии ресурсов, разработали собственную «обвязку, которая, хотя и работает, но обеспечивает крошечный ток на выходе, и соответственно, прожорливые устройства, которые берут питание от USB порта, работать не будут.
Качество изготовления, традиционно для китайских фирм, входящих в холдинг “Noname”, очень высокое и соответствует всяким ISO 9001, кто бы сомневался. Тут и не отмытый флюс, и криво припаянный USB разъем, и видавшее всё компоненты, заботливо собранные на лучших свалках Китая. Но как ни странно, всё более-менее работает, и проблем с стабильностью нет.
Устройство снабжено аж тремя разноцветными светодиодами и одним DIP переключателем, который служит для выбора режима работы (USB 2.0 Full speed/low speed)
Красный – горит, когда на устройство подано питание.
Синий – горит, когда выбран режим USB 2.0 Full Speed (как можно убедится по фото, светом синего светодиода можно сбивать дроны и слепить пролетающих мимо ястребов)
Зелёный – горит, когда выбран режим USB 2.0 Low Speed. (для чего этот режим, я так и не понял, большинство устройств в таком режиме работать отказываются)
Изолятор в системе никак не «видится» — он совершенно «прозрачный», и просто обеспечивает развязку. Работа с устройствами, у которых имеется свой источник питания, проблем не вызывает – всё работает стабильно, без провалов в скорости и «отваливания» устройства. А вот что касается устройств, которые берут питание с USB – то тут ждёт беда. Максимальный выходной ток, при котором напряжение на выходе держится в районе 5 вольт, около 50мА. В переводе на человеческий это значит, что всякие мелкие программаторы, анализаторы, переходники USB<>LPT, USB<>RS-232 работать будут, а вот USB осциллографы, звуковые карты, и прочие «энергичные» потребители – работать не будут. Приведу список того, что работает, и что не работает через этот изолятор.
И под конец, напомню ещё раз. Скорость у устройства — USB 2.0 Full speed, т.е. 12мбит, т.е. скорость копирования файлов, в лучшем случае, будет составлять не более 1.5мб в секунду. И хотя с применяемыми мной измерительными приборами это проблем не вызвало, вполне вероятно, что некоторое конкретное устройство в таком режиме не будет полноценно работать. К сожалению, протестировать весь спектр устройств у меня возможности нет, так что перед покупкой уточняйте, насколько ваше устройство может работать в режиме USB 2.0 Full Speed.
USB изолятор на базе ADUM4160 от Analog Devices
А зачем это нужно?
Особенностью стандарта USB является то, что периферийные устройства имеют общую «землю» с USB-хостом и оказываются электрически связаны с «грязной землей» импульсного БП и соответственно всего ПК.
Если ваш компьютер не заземлен правильно (нужен отдельный действующий третий провод заземления в евророзетке), то кроме шумов и помех вы можете получить «фазу» сетевого напряжения и потенциал ок. 110В со всеми вытекающими.
USB изолятор позволяет избавиться от земляных петель, электрически отсоединяет «грязную землю», снижает уровень помех и шумов, предохраняет от повреждения и ПК и внешнее оборудование. Это особенно полезно при работе с измерительными приборами на базе ПК (USB-осциллографы, логические анализаторы и пр.) или в производственных условиях и является обязательным в медицинской аппаратуре.
Содержание / Contents
↑ Как работает ADuM4160?
↑ Схема USB изолятора на ADuM4160
↑ Испытания
Амплитуда сигнала сверху вниз изменяется от 4В до 4 мВ. Левая колонка показывает форму сигнала с изолированным USB-портом, в правой колонке сигналы были получены с осциллоскопом, непосредственно включенным в тот же порт USB того же компьютера.
Полученные результаты могут быть легко интерпретированы: в то время как сигнал 4V выглядит почти однаково, более слабые сигналы содержат все больше и больше шумов. И наконец сигнал 4mV с неизолированного порта от Bitscope очень сложно разобрать, не говоря уже о померить.
Автор проекта, OLEG, пишет:
Я проверил эту схему в работе с моим компьютерным осциллоскопом Bitscope DSO и логическим анализатором Logicport, оба работают безупречно. Я также сделал обширный тест целостности данных путем перемещения и архивирования / распаковки больших файловых архивов на USB-флешке, подключенной к ПК через этот изолятор.
Я не обнаружил ни одной ошибки на более чем 100Gb переданных данных.
↑ Файлы
Схема и разводка платы в Eagle. Плата под SMD-компоненты: микросхемы в SOIC, конденсаторы и резисторы 1206. Почти все компоненты на верхней стороне, на нижней — два полигона земель.
🎁USB_Isolator_r_11.zip 54.82 Kb ⇣ 199
Плата в Sprint Layout 6.0 (прислал Евгений Red, подрихтовал Игорь Datagor):
🎁ADUM-datagor.ru.lay6.7z 31.6 Kb ⇣ 250
Даташит на ADUM4160
🎁ADuM4160.7z 239.72 Kb ⇣ 162
↑ Источники
Камрад, рассмотри датагорские рекомендации
🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать
Опробовано в лаборатории редакции или читателями.
USB изолятор ADUM3160 (модуль гальванической развязки для USB).
Всем привет! Протестирую еще один модуль гальванической развязки для USB. В моем предыдущем обзоре речь шла о модуле Nobsound ADuM4160, ну а на этот раз рассмотрим более дешевый вариант на 3160. Ну как дешевый… с доставкой просят около 10 долларов. Так в чём же разница? Модуль 4160 обладал дополнительным функционалом (разъём под внешнее питание, переключатели). Тут всего этого нет.
Ознакомимся с характеристиками:
Совместимость с USB 2.0
Повышенная устойчивость к электростатическому разряду в соответствии с IEC 61000-4-x
Напряжение питания от 4.0 В до 5.5 В
Максимальный потребляемый ток 7 мА при передаче данных в обратном канале со скоростью 1.5 Мбит/с
Максимальный потребляемый ток 8 мА при передаче данных в обратном канале со скоростью 12 Мбит/с
Максимальный потребляемый ток 2.5 мА при неактивном состоянии обратного канала
Двунаправленная связь
Защита от короткого замыкания в обратном канале
Работа при повышенной температуре: 105°C
Передача данных в режиме low и full speed: 1.5 Мбит/с и 12 Мбит/с
ADuM3160 – это изолятор порта USB, построенный на базе технологии iCoupler® компании Analog Devices, Inc. Благодаря комбинации быстродействующих схем, изготавливаемых по технологии КМОП, и технологии производства монолитных трансформаторов без сердечника эти компоненты гальванической изоляции обеспечивают превосходные характеристики и легко интегрируются с периферийными устройствами, обладающими интерфейсом USB low и full speed.
С изолятором: 
Прогнал по два раза, под цифрой «2» скрывается именно 3160. Больших отличий я не вижу, если повозиться с настройками, можно получить одинаковые циферки. 
Для наглядности соединил два графика: 
Что еще могу добавить:
-нет полноценной поддержки USB 2.0 (только совместимость).
-скорость до 12 Мбит
-не определяются некоторые современные звуковые карты, ЦАП-ы. Многие внешние ЦАП-ы, которые работают на драйвере XMOS-не определились. Но это касается ПК, если выводить звук со смартфона (смартфон+отг переходник+изолятор=цап) — то сигнал проходит.
Я попробовал измерить свой Burson Audio Playmate… получилось!
Если не требуется подключение внешнего питания-можно приобретать ADUM3160. А на этом у меня всё, всем спасибо за внимание!