發布日期：2022-10-09 點擊率：227
某一天，我走在剛剛加裝紅綠燈的十字路口。以前這里是一個人和車都很少的十字路口，汽車都是直接沖過去的。后來人和車都多了，眼前的這個十字路口也變復雜了。加裝的不僅僅是直行的紅綠燈，還有左傳的、行人的紅綠燈。看著這些按照紅綠燈行駛的一輛輛汽車，我想我們的未來電子產品也會象這個路口一樣變復雜。
相對與傳統的RS-232、RS-485接口，USB是一種新的、比較復雜的技術。在工業通信領域，為了安全可靠，需要對通信接口進行光電隔離。既然USB口也是一種通信接口，那就也要求象RS-232、RS-485一樣的實現光電隔離。USB光電隔離器就是比較復雜的電子產品之一。由于USB信號的時序、幅值、方向、速率、規約都及其復雜，所以實現USB信號的光電隔離也是非常復雜的技術，這基本上代表了光電隔離領域的最高水準。
波仕電子的USB光電隔離器
波仕電子早已開發出了USB光電隔離器這一具有國際領先技術水準的產品，并且已經獲得專利。發明專利號：ZL02284234.1。基本原理是將USB（信號D+、D—的三種狀態轉換為光電耦合器的發光二極管的三種強度全亮、半亮、暗，并且傳輸到光電耦合器的光敏三極管接收器再通過相應電路恢復D+、D—的三種狀態。
波仕USB光電隔離器秉承波仕轉換器的一貫特色，具有超小型的外形(50*24*70mm)、支持USB2.0全速（12Mbps）速率、隔離 2500V電壓、無須外接電源、無須驅動程序。波仕USB光電隔離器的使用非常簡單，與一根普通的USB延長電纜的使用是一樣的。BS-USB產品的上位機側的電纜為A型插頭，直接外插計算機的USB插座。BS-USB產品的下位機側的電纜為A 型插座，用于外接USB設備（比如U盤、USB/RS-232轉換器）的插頭。也就是說，當BS-USB產品的A型插頭外插計算機的USB口時，BS- USB的A型插座就相當于是一個已經隔離的USB口。由于BS-USB自帶隔離DC/DC并且自耗一定功率，所以對外驅動能力小于原計算機USB口的驅動能力。BS-USB僅僅是一個透明的物理隔離，是不需要驅動程序的。
實現USB電氣隔離的技術難點
當初USB的出現是為了統一計算機的各種外設接口，取代PS/2鼠標口、鍵盤口、打印口等，特別是取代蘋果的Fieware（火線）甚至IEEE-1394 口。為了在與后者的競爭中取得優勢，USB的引腳數就不可能多于后者的4個。而地線、電源線就占了2個，信號線就只剩余2個了。這與傳統的PS/2、RS -232、打印口、以太網都有空余線的做法大不一樣。同時這樣做的結果就使得USB的改進（除了速度改進）余地很小、特別是電氣隔離的改進非常困難。 USB口的電氣隔離技術改進的難點就在于缺少USB的方向信號而USB的兩個信號線D+和D—又是不分方向的。USB信號流的方向是靠D+、D—兩個信號 的幅值一起來判斷的，而且并不是它們的差值。在USB光電隔離方案難點都在于將USB信號怎樣分開為發送與接收兩部分。如果USB口本身有一個能夠表明數據是發送還是接收的信號線，那么USB的電氣隔離就好解決多了。
在現有的USB2.0以及USB1.0版本中都缺少一根表明USB數據方向（發送還是接收）的信號線，而指望USB標準增加專門的這根方向標志線是不現實的。USB的接頭機械標準就是4根線，是不可能改變的。我們認為USB標準最有可能的改進在于電源線（+5V）。目前的電源線永遠是固定的+5V （或者低電壓版的+3.3V），其實可以在這根線中增加瞬時低電平脈沖信號作為USB信號方向標志。這個瞬時低電平脈沖信號只用于表明發送一幀數據的開 始，并不一定需要在整個發送數據的時間段一直保持低電平，而且電平也不需要低到0，只要低到2/3的高電平可以識別即可。而這樣的瞬時低電平并不明顯影響 USB口的對外設供電能力。
我們曾經指望USB3.0版本增加這根方向標志線，很遺憾的是USB3.0對USB2.0是假的兼容，對USB2.0部分沒有任何改動。 USB3.0有9根線，其中4根線就是原來的USB2.0部分，其余的5根線是增加的3.0部分。增加的5根USB3.0線與傳統的USB2.0是毫無關系的，它設計的速率是4.8G，是傳統的USB2.0速率（480M）的10倍。USB2.0（480M）之所以可以實現光電隔離，實際上是因為它兼容較低速率的USB1.0（速率為12M）。USB1.0的12M速率的光電隔離已經要用到高速光電耦合器了。480M的光電耦合器還沒有出現，更別談USB3.0的4.8G了。不過轉換為光纖從理論上是可以實現480M甚至4.8G的隔離的，那成本以及功耗估計就難以降低了。
其它的USB光電隔離器
早期的美國BB公司也開發了一種USB隔離HUB，是從一個USB口擴展出4個光電隔離的USB口。基本原理是通過USB接口電路先將USB信號分解為數據總線和控制總線，進行高速光電隔離后再合成為USB信號。采用的是MAXIM的接口電路和agilent的光耦。后來AD公司瞄上了這個產品市場，想把它集成到一塊芯片里去（當然不包括DC/DC電源）。產品還沒有出來，廣告宣傳早已經展開了，但是我們非常懷疑這種未來產品將來的性能。因為AD公司以前生產過比這簡單的多的將I2C接口光電隔離器集成到一個芯片里的產品ADUM1250也不過關，相關評論http://www.baisi.net/thread-341401-1-1.html。
下一篇： PLC、DCS、FCS三大控
上一篇： 索爾維全系列Solef?PV
