Галванична изолация на USB интерфейса

Защо е необходимо това?

Особеност на USB стандарта е, че периферните устройства имат обща маса с USB хоста и са електрически свързани към „мръсната маса“ на импулсно захранващо устройство и съответно целия компютър.
Ако компютърът ви не е заземен правилно (имате нужда от отделен валиден трети заземяващ проводник в европейския контакт), тогава освен шум и смущения, можете да получите "фаза" на мрежовото напрежение и потенциал от прибл. 110V с всичко, което предполага.

USB изолаторът елиминира заземяващите контури, електрически изключва мръсната земя, намалява смущенията и шума и предпазва както компютрите, така и външното оборудване от повреда. Това е особено полезно при работа с измервателни уреди, базирани на компютър (USB осцилоскопи, логически анализатори и т.н.) или в индустриална среда и е задължително в медицинското оборудване.

В нашето аудио приложение също ще бъде полезно да изолирате галванично компютъра и външния USB DAC.
Индустриалните USB изолатори струват $200… $400. Предлагам ви да спестите малко и да получите ново изживяване!

Как работи ADuM4160?

Analog Devices произвежда серия от цифрови USB изолатори, използвайки патентованата технология iCoupler.

Фрагментът е изключен. Нашето списание съществува от дарения от читатели. Пълната версия на тази статия е достъпна само

--
Благодаря за вниманието!

Sprint Layout 6.0 дъска(изпратено от Юджийн Ред, редактиран от Игор Датагор):
▼ 🕗 15/07/13 ⚖️ 31,6 Kb ⇣ 211 Здравей читателю!Казвам се Игор, на 45 съм, сибиреца съм и запален любител електроника. Измислих, създадох и поддържам този прекрасен сайт от 2006 г.
Повече от 10 години нашето списание съществува само за моя сметка.

Добре! Безплатното свърши. Ако искате файлове и полезни статии - помогнете ми!

--
Благодаря за вниманието!
Игор Котов, главен редактор на сп. "Датагор".

Лист с даннина ADUM4160
▼

Някои бисквитки са необходими за сигурно влизане, но други не са задължителни за функционални дейности. Нашето събиране на данни се използва за подобряване на нашите продукти и услуги. Препоръчваме ви да приемете нашите бисквитки, за да сте сигурни, че получавате най-добрата производителност и функционалност, които нашият сайт може да предостави. За допълнителна информация можете да разгледате. Прочетете повече за нашите.

Бисквитките, които използваме, могат да бъдат категоризирани, както следва:

Строго необходими бисквитки: Това са бисквитки, които са необходими за функционирането на analog.com или конкретна предлагана функционалност. Те или служат за единствената цел да извършват мрежови предавания, или са строго необходими за предоставяне на онлайн услуга, изрично поискана от вас. Бисквитки за анализ / ефективност: Тези бисквитки ни позволяват да извършваме уеб анализи или други форми на измерване на аудиторията, като разпознаване и преброяване на броя на посетителите и виждане как посетителите се движат из нашия уебсайт. Това ни помага да подобрим начина, по който работи уебсайтът, например, като гарантираме, че потребителите лесно намират това, което търсят. Бисквитки за функционалност: Тези бисквитки се използват, за да ви разпознаят, когато се върнете към нашия уебсайт. Това ни позволява да персонализираме нашето съдържание за вас, да ви поздравим по име и да запомним вашите предпочитания (например вашия избор на език или регион). Загубата на информация в тези бисквитки може да направи услугите ни по-малко функционални, но няма да попречи на уебсайта да работи. Бисквитки за насочване/профилиране: Тези бисквитки записват вашето посещение на нашия уебсайт и/или използването на услугите, страниците, които сте посетили, и връзките, които сте следвали. Ще използваме тази информация, за да направим уебсайта и рекламите, показвани на него, по-подходящи за вашите интереси. Можем също да споделим тази информация с трети страни за тази цел.

1. Има ли галванична изолация от USB порта?

   USB осцилоскопите не са галванично изолирани от USB порта. Преносимите и настолните компютри също нямат отделяне от USB порта, когато са свързани към компютър. Причината за това е, че скоростта на предаване на данни между устройството и компютъра е 240 Mbps. Тази скорост не може да бъде „отприщена“ от трансформатор. Оптичната изолация при тази скорост ще бъде много скъпа. Въпреки това, USB устройствата просто трябва да бъдат изолирани от земята, когато измервате устройства, свързани към електрическата мрежа. Има няколко подхода за това.

   1. Използвайте лаптоп (нетбук). Той изобщо няма заземен контакт, а импулсното захранване е галванично изолирано.
   2. Използвайте компютър, който се захранва от изключен UPS.
   3. Използвайте отделно устройство за галванична изолация на USB устройства. Той осигурява максимална скорост от 12 Mbps, но тъй като USB осцилоскопите са обратно съвместими с USB 1.1, те ще работят с тази скорост, въпреки че скоростта на опресняване на сигнала на екрана ще бъде няколко кадъра в секунда.
2. Какво е максималното ниво на измервания сигнал?

   Паспортната стойност на максималното ниво на сигнала, приложена към входа по време на измерване, е 35V. когато използвате атенюатор в режим 1X, не измервайте сигнал, чиято пикова осцилация надвишава 35V. Ако подозирате, че измерваният сигнал има по-голяма пикова стойност, превключете атенюатора в позиция 10X. 35V е пиковата стойност на табелката, която включва както DC компонента, така и AC трептения с честота по-малка от 10KHz. Например, ако DC компонентът е 20V и AC компонентът има амплитуда от 60V, тогава осцилацията ще възникне от -10V до 50V. Пикова: 50V. В този случай използвайте режима 10X на атенюатора на сондата.

3. Каква е защитата на входа?

   На входа е инсталиран защитен диод. Инженерите на производителя казаха, че ако контактът на сондата "земя" е свързан към "земя" (концепцията за "земя" е относителна, често означава "общ проводник"), тогава устройството трябва да работи без проблеми и дори ако максималната граница е надвишава дори 2 пъти. Това обаче не е номиналният режим на работа на осцилоскопа и в случай на повреда на устройството не е гаранционен случай.

4. От каква стойност се изчислява нивото на шума?

   Абсолютната стойност на шума се различава при различни настройки на стойността на V / div и се изчислява от пълната скала. Например, със стойност от 5 V / div и определено ниво на шум от 3%, максималната абсолютна стойност на шума е: 5 V * 8 деления * 3% = 40 * 0,03 = 1,2V. Превишаването на това ниво е дефект на устройството. Всяко ниво на шум, по-ниско от тази стойност, е нормална работа на устройството. От нашата практика за тестване на устройства повечето имат ниво на шум от около 1,5%, но някои всъщност имат шум по-близък до 3%.

5. Колко значими бита наистина има в ADC?

   Устройствата 2090,2150,2250 използват 8-битов ADC. При ниски честоти броят на значимите битове е близо до 8. С увеличаване на честотата броят на значимите битове намалява плавно. При най-високите честоти е над 6 бита. Производителят не предоставя точни стойности на честотата и графики на зависимостта.

6. Ами ако светодиодът не светне при включване на устройството към USB?

   Първо проверете дали компютърът е включен, дали USB портът работи (свържете към него известно работещо устройство, например флаш устройство). Инсталирайте правилните драйвери за осцилоскоп. Без драйвери осцилоскопът може да не се инициализира и светодиодът няма да се включи. Опитайте да направите всичко това на друг компютър. Ако всичко друго се провали, има голяма вероятност осцилоскопът да е дефектен. Това обикновено се случва поради превишаване на максимално допустимото ниво на измервания сигнал или нарушаване на работните условия.

7. Каква е скоростта на USB предаване?

   Производителят използва чипа CY68013A, който на теория може да достави до 480Mbps, но действителната скорост на трансфер между устройството и компютъра е 240Mbps.

8. Може ли осцилоскопът да се използва с USB 1.1?

   Да, можете, но много трудно поради много ниската скорост на предаване (12Mbps).

9. Чуват се щраквания от устройството при превключване на V / div. Това е добре?

   да. Осцилоскопът използва качествени релета за превключване на сигнали. Те създават тези звуци.

10. Къде мога да видя устройството в отворен вид?

    Моделът DSP-2150 е показан тук: http://www.artem.ru/cgi-bin/photo?c=l&cid=115 Нямаме снимки на други модели.

11. В документацията и на уебсайта размерът на буфера е посочен като 10-32 или 10-64K. Какъв е действителният размер на буфера?

    Общият размер на буфера е 64K. В двуканален режим размерът на буфера на канал е от 10K до 32K. В едноканален режим от 10K до 64K. Размерът на буфера може да бъде избран в програмата. Не всички размери на буфера са налични при определени настройки за честота на дискретизация.

12. Как се използва интерполацията на сигнала? Защо е необходимо?

    Следното важи само за модела DSO-2150. За други модели стойностите на буферите, скоростите и границите на началото на използването на интерполация могат да бъдат различни.

    Обяснение от производителя:

    За стойности по-малко от 10 μs на деление се използва интерполация на данни (sinX) / X.

    Освен това, нашите разсъждения (правилността им не е гарантирана):

    При тази скорост има само един размер на буфера - 10 000 проби. На екрана има 10 ленти. Получаваме:
    10 μs / div * 10 div = 100 μs цял екран
    10 000 проби / 100 μs = 100 000 000 проби / 1 сек
    тези. при 10 μs / деление скоростта ще бъде 100 MS / s.
    Ако зададем следващото по-малко деление (4 μs), тогава необходимата скорост на измерване се увеличава с 2,5 пъти. За да запълните екрана с 10 000 измервания в определения период, е необходима скорост от 250 MS / s, а осцилоскопът DSO 2150 дава максимум 150 MS / s. Какво да правя? Интерполирайте! Тези. за DSO-2150 при 4μs / деление и по-малко, той наистина няма време да измерва всичките 10 000 стойности, но измерва колко може и предава данни, а софтуерът черпи от тях с помощта на sin (x) / x или друга избрана интерполация режим.
    Внимание! Използването на режима на интерполация sin (x) / x натоварва силно процесора и забавя показването на информация в програмата.

13. Къде е по-добре да свържете осцилоскопа директно към компютър или към външен USB превключвател?

    Производителят препоръчва да свържете осцилоскопа директно към компютъра, като използвате двата щепсела. В нашата практика свързването към външен USB превключвател не влияе на качеството на сигнала, но помага за намаляване на текущото натоварване на портовете на компютъра.
    Нашето заключение: можете да се свържете както с компютъра, така и с превключвателя.

14. Устройството продължава ли да измерва, докато предава данни?

    Не. Осцилоскопът работи последователно. Първо, той запълва буфера с измерените данни, след което прехвърля получените данни през USB. По време на предаване не се правят измервания и спусъкът може да бъде пропуснат.

15. Каква е максималната честота на извадка?

    За устройството DSO-2150 е 150 MHz. Тази честота е постижима само в едноканален режим. Когато използвате и двата канала, максималната честота е 75MHz на канал. Същото и за други модели.

Други въпроси

1. Какви са предимствата да купувате от нас?
   • Разбираме какво продаваме;
   • Имаме официални ДИРЕКТНИ доставки от Китай;
   • Ние имаме връзка с инженерите на производителя и можем да отнесем вашите въпроси към тях;
   • Имаме добри цени;
   • Ние доставяме стоки в цяла Русия;
   • Даваме гаранция до 3 години;
   • Ние сме превели документацията за вас;
   • Можете да ни върнете устройството в рамките на 14 дни след получаване, ако не Ви подхожда.
2. Едно и също нещо ли са Hantek, Voltcraft, Darkwire, Protek, Acetech?

   да. Истинският производител е QINGDAO Hantek Electronic Co. (http://www.hantek.com.cn) в Кингдао, където се намира един от големите индустриални центрове на КНР. Те позволяват на някои доставчици да етикетират отново своите продукти със собствените търговски марки на продавача.

Как да изберем модел?

На първо място, трябва да решите с какви честотни сигнали ще работите.

Има три основни параметъра: аналогова честотна лента, честота на дискретизация и честотна лента в реално време.

Аналоговата честотна лента и честотата на дискретизация са посочени в паспортните данни.

Пропускателната способност в реално време се изчислява като честотата на дискретизация, разделена на 2,5.

Математически трябва да се дели на 2, но това е гранична стойност за идеални условия и идеален филтър, който не трябва да се очаква особено.

Честотата на дискретизация е същата като броя на пробите (проби) в секунда.

Цифровите осцилоскопи на теория могат да работят в реално време и в еквивалентен режим на семплиране.

Извадката в реално време ви позволява точно да оформите дори единичен сигнал. Повтарящият се сигнал се разглежда като набор от единични сигнали. Пропускателната способност в реално време играе важна роля в този режим.

Да предположим, че имате сигнал от 50MHz и осцилоскоп с аналогова честотна лента от 400MHz и честота на дискретизация от 100MHz., Уви, той няма да може да възпроизведе сигнала качествено, тъй като 100MHz / 2.5 е по-малко от 50MHz. Тези. широчината на честотната лента в реално време е по-малка от честотата на измервания сигнал, следователно за режима на измерване в реално време аналоговата честотна лента трябва да е поне равна на честотата на измервания сигнал, а честотата на вземане на проби трябва да бъде най-малко 2,5 пъти честотата на измервания сигнал. Ако обаче сигнал с честота 50 MHz се разглежда при честота на дискретизация от 100 MHz, тогава ще има само две измервания за един период, което може да не е достатъчно за вас, т.е. колкото повече пъти честотата на семплиране надвишава честотата на сигнала, толкова по-точно се показва формата на вълната на наблюдавания сигнал.

Моделите DSO 2090,2150,2250 работят в реално време.

В режим на еквивалентна семплиране осцилоскопът взема множество проби от повтарящ се сигнал, като всеки път получава стойност на сигнала с различно отместване от тригера. Всъщност много точки се измерват в различни сигнали и от тях се възстановява точната форма на вълната – това е един вид последователен метод на апроксимация. Очевидно този метод работи само за точен и повтарящ се сигнал. В този режим аналоговата честотна лента играе основна роля, честотата на дискретизация не е толкова важна.

Да предположим, че имате повтарящ се 200MHz сигнал и осцилоскоп с 200MHz аналогова честотна лента и 100MHz честота на дискретизация в режим на семплиране с еквивалентно време. Ще получите добър дисплей на формата на вълната, тъй като аналоговата честотна лента ще пропусне формата на вълната и формата на вълната ще бъде възстановена от множество измервания в различни точки от откриването на тригера.

Моделите DSO 2090,2150,2250 нямат еквивалентна извадка. Модел, поддържащ този режим: DSO-5200A.

Всичко започна както обикновено, реших да направя нещо различно от това да не правя нищо от излишното свободно време. Тогава се сетих, че приятелите ми се оплакваха от микрофона ми в дискорда, чу се някаква цифрова смущения и ако започнах да копирам файлове на компютъра си, тогава като цяло. Купете нормална звукова карта? Това не е за нас.

Кой се интересува питам под котката.

Избор на кодек чип

По принцип не съм фен на правенето на електроника от почти нищо, дори за себе си, особено от китайски компоненти с Али, така че първото нещо, което правим, е да отидем на digikey и да потърсим нещо. Първата мисъл беше да вземем пълноправен кодекен чип и да го свържа STM32, и само от него USB... По принцип не е трудно, но в един момент осъзнах, че не искам да се занимавам толкова много и реших да намеря нещо „всичко в едно“. Google постоянно издава CM108от C-Media Electronics, производител със седалище в Тайван. Е, добре, така да бъде

Кодекът изисква себе си EEPROM, и дори предлага конкретен аналог от STMicroelectronics M93C46-WMN6TPБързо го намерих на същия digikey (Integrated Circuits (ICs)> Memory). За всеки случай свързах захранването му през филтъра, за да не ни донесе нещо лошо на захранването на кодека.

Също кварц и др. Аз съм фен на това всичко да е по-малко и по-компактно, тогава сложих серията ABM3(ABM3-12 000MHZ-B2-T) 5 На 3.2 мм (не слагайте същия гигант НС-49)

Аудио конектори

След това търсим самите конектори за слушалки и микрофон. аз лично предпочитам CUIза аудио и прости конектори за домашно захранване 5.5 , винаги ги слагам, разбира се, търсене на digikey (Connectors, Interconnects> Barrel - Audio Connectors).

В моя случай вече имах готов компонент в библиотеката под SJ2-3574A-SMTот Вече съм го използвал преди, би било възможно да избера многоцветен (в CUIима), но не исках (правя го за себе си, някак ще го разбера).

Обикновено кондензаторите се поставят последователно ( 0,47uFили 1uF, мога 4.7uF), може да бъде тантал или керамика, но най-добре е да използвате филм. В референтната верига в листа с данни, който предлагат 470uF, което е твърде много, ние избираме 0,47uF(ако имате нужда от много нисък бас, тогава можете 1uF). Предлагат се филмови кондензатори SMDслучаи, което е много удобно, аз сложих ECP-U1C474MA5в случая 1206 .

Галванична изолация на захранването

И сега забавната част

CM108има 2 режима, 100mAи 500mA, разбира се, избрах по-дебел, така че в голяма степен, 500mA * 5V = 2,5W, малко с марж, трябва да намерим решение някъде на 3W, задайте параметрите (в секцията Захранващи устройства - Монтаж на платка> DC DC преобразуватели) и вижте кое е по-евтино, като също така не забравяйте да отсеете производителите, на които наистина нямате доверие. Изборът падна CC3-0505SF-Eот TDK(въпреки че наистина исках да сложа от мурата!). Струва много, 11 долара, но не може да се помогне.

След това поставих филтър, като не забравям за кондензаторите 0.01uFи 0,001uFда отсеем всяка високочестотна ерес tk. дори пълзи през галваничното покритие. Още 100uFелектролит, определено няма да е излишен.

Отделяне на интерфейса

Разединяването на захранването е добро, но не пречи да го развържете сами USBинтерфейс. В секция Цифрови изолатори (Изолатори> Цифрови изолатори) можете да намерите подходящ, аз избрах ADUM4160от Аналогови устройства.

Не забравяйте да стегнете ДАННИ ПНа USBинтерфейс към 3.3Vот това казва на хоста (компютъра), че дадено устройство е включено в порта и ще е необходимо да се започне работа с него, по приятелски начин, тази скоба трябва да е вътре в микросхемата, но по някаква причина я няма.

Е, малките неща

себе си USBконектор, разбира се от Молекс, можете също от TEили Wurth... Или вижте други, но мисля, че е по-добре да изберете такива конектори от тези три, останалите са добри, но по различен начин.

Реших също, че ако толкова много пари са похарчени за чиста храна, тогава всичко трябва да бъде направено добре до края и разделянето на цифрова и аналогова маса не е изключение. Освен това, вместо обичайния джъмпер на дъската, поставих филтър BLM15(при окабеляване на платката е по-добре да преместите разделянето на земята по-близо до основната маса, т.е. GNDизходът на нашия изолатор за захранване, там цифровата и аналоговата маса трябва да се разминават)

Заключение

Е, това е всичко, разстилах дъската на 4 слоя от стандартен клас, след подготовка за производство ще струва около 130 рубли. Също така, 4 слоя са по-добри от гледна точка на факта, че е по-добре да се правят полигони на мощност, земя и цифрова земя като пълноценни полигони, по приятелски начин, всяко захранване има свой собствен слой, но аз имам захранване и цифрово каца на един.

От идеята до цялостното оформление отне около час и половина. Таблото излезе по размер 22 На 66 мм

Честно казано, докато пишех статията, вече не исках да поръчвам хонорар (е, както винаги), така че нека е поне статия.

P.S. Често убивам времето по този начин, като разпространявам различни проекти, от прости безжични зарядни устройства до процесори за окабеляване и ... В повечето случаи губя интерес (и тъй като е безплатно, няма нужда да харчите пари за компоненти) Ако се интересувате от подобни статии, можете да предложите вашите идеи за следващите проекти

P.P.S. Поради факта, че таблото не е поръчало и не е проверило, са възможни грешки.