通用串行总线（USB）越来越多地发现在工业应用中的使用，它可以支持软件上传和配置，协助诊断和维护以及连接外围设备。但是，USB被定义为消费者电子界面，它并不固有地忍受在工业环境中发现的噪声干扰，地面反弹和地面潜在差异。
为了克服此类局限性并满足各种工厂自动化，医疗设备和电力传递应用的需求，您可以实现循环隔离的USB界面。但是，您将需要确保界面符合EMI标准，并最大程度地减少符号间干扰（ISI）。
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电隔离
Texas Instruments提供了各种孤立的USB解决方案，将电流隔离屏障集成到USB界面（图。1）。公司的ISOUSB211和ISOUSB111孤立的USB中继器分别为USB 2.0接口系统提供高压保护和增强的信号完整性。
这两种设备都支持充电downstream-port（CDP）广告，角色反转和自动速度检测，允许使用相同的零件设备用于主机，外围，外围，轮毂或电缆隔离。此外，两者都有加强和基本的隔离选项，提供5,700 V的隔离电压RMS和300 vRMS，分别根据UL 1577。
ISOUSB211在SSOP-28软件包中可用，还支持480-MB/s高速（HS）模式，此外，除12 mb/s全速（FS）和1.5 mb/s低速（LS）模式外。ISOUSB211不需要外部晶体振荡器或时钟输入就符合HS信号质量要求。它的增量抖动足以满足USB眼数规范而无需重述。
对于不需要高带宽的应用程序，ISOUSB111支持LS和FS模式。它提供的16sop软件包可与竞争设备小40％。USB中继器还提供与竞争设备与PIN兼容的16型Soic软件包。
EMC性能
在选择用于工业应用的USB隔离器时，电磁兼容性（EMC）性能是关键考虑。图2与竞争设备相比，在PC和USB驱动器之间使用1米电缆的测试设置时，ISOUSB111的排放性能与竞争设备的排放性能相比。在某一时刻，ISOUSB111提供的排放量比竞争设备低20 dB，该设备无法达到CISPR 32 B类标准。
图3在类似的测试设置中揭示了ISOUSB211的性能。ISOUSB211符合CISPR 32 B类限制，并有明显的边缘。大约80 MHz的噪声来自ISOUSB211EVM评估模块中包含的孤立功率转换器，而不是来自ISOUSB211本身。
预先强调和均衡
USB隔离的中继器在其隔离屏障中生成了其输入信号的新副本，并且输入信号抖动将出现在中继器的输出中。中继器本身包括可以造成其他抖动的开关键盘电路。中继器输出上的总抖动是输入抖动的根和平方值，也是隔离电路产生的抖动。
您可以通过选择包含发射器前重点和接收器均衡功能的中继器来最大程度地减少不良效果。这些在改善信号完整性和减少PCB痕量丢失引起的频率依赖性ISI方面起着关键作用。
为了调查ISI，您可以使用FR4测试打印电路板，其长度为6英寸至4英尺，并且每个差分对在两端都有USB连接器。图4显示了每对迹线的测量差插入损失。较长的轨迹具有较高的直流损失，并且对于所有长度，插入损失与频率成比例地增加。
图4还说明了铃声，这是由于沿痕迹沿着阻抗不连续性引起的反射而产生的。高频和反射的插入损失增加了ISI，这发生在信号偏离其理想的方波格式时。过渡扩展到相邻的间隔，信号水平永远不会完全达到理想的高压和低压水平。
为了减轻这些效果，ISOUSB211的发射器提供了9个可编程的预测设置，其接收器提供了9个可编程均衡器设置，该设置通过连续的线性均衡器（CTLE）架构实现。
对于一阶近似，前重点/均衡器函数通过放大高频信号（以240 MHz达到峰值）提供补偿，同时保持低频保持不变。结果是减少的上升和下降时间，使补偿信号更接近理想。图5显示无偿，补偿和理想波形。
通常，您可以选择根据设置来使用前重点或均衡。例如，如果您使用的是6英寸的FR4测试板。到4英尺。进行测量的迹线，如果您在USB中继器和测量仪器之间找到测试板，请选择发射器预先强调。另一方面，如果要在测试板和仪器之间找到中继器，请使用接收器均衡。图6显示了每种配置，并在ISOUSB211DPEVM评估模块上安装的中继器显示。
但是，如果您在具有大于2 dB的差异差损失的系统中使用中继器，则应尝试在中继器的上游和下游侧面分配损失。然后，同时使用接收器均衡和发射器前重点来补偿系统损失。
结论
USB隔离器（例如Texas Instruments的ISOUSB211和ISOUSB111）可以适应以消费者为中心的USB界面，以适应工业应用。TI设备很容易满足EMI标准要求，HS版本提供了预定和均衡设置，以补偿PCB-Trace和其他系统损失。
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