Модуль гальванической развязки для USB

По роду занятий мне часто приходится сталкиваться с ситуациями, когда подключаемое к компьютеру по USB устройство не должно иметь непосредственной электрической связи с ним, потому как это может повлечь как просто большие помехи вплоть до потери работоспособности, так и взаимное влияние блоков питания компьютера и тестируемого устройства. Вариантов решения не так много и наиболее простой из них, применить гальваническую развязку.


Я рассказывал добавлении гальванической развязки к одной из моих электронных нагрузок, вариант по своему тоже простой, но тем не менее требующий вмешательства в конструкцию нагрузки, а также установки специального ПО. Как альтернативные варианты:
1. Гальванически развязать сам компьютер от сети, но при этом надо отвязывать и монитор и питание USB хаба и принтера, в общем не вариант.
2. Применить WiFi, Bluetooth, Ethernet. Изоляция супер, но сложность исполнения высокая и обычно каждое устройство надо дорабатывать отдельно.
3. USB изолятор. Устройство предельно простое, полностью прозрачное с точки зрения программной и аппаратной составляющей, может быть применено по мере необходимости и собственно о нем я сегодня и буду вести рассказ.

Действительно, иногда надо просто временно развязать компьютер и подключаемое устройство, как для работы, так и для проверки «кто виноват», потому я и заказал именно такой вариант, хотя как писал в самом начале, стараюсь по мере возможности делать развязку внутри самих устройств, например как я это делал в моих блоках питания.

На момент покупки стоило $7.59+1.63 за доставку, итого около 9.2 доллара, недешево, но мне их и не десяток надо было.
Через время получил такой пакетик, правда попутно заказывал пару модулей WiFi-UART, но продавец почему-то решил что мне они не нужны и не выслал, печаль, на один полезный обзор будет меньше :(


Фото в сравнении со стандартным спичечным коробком для понимания размеров.


И габариты со страницы товара.


Исполнение вполне аккуратное, можно конечно придраться, но я не буду так как меня все устроило.


Кроме USB разъемов на плате есть еще три светодиода и переключатель, пара светодиодов отображает режим работы (Low и Full speed), а также подачу питания на выход, при помощи переключается выбирается режим передачи, те самые Low и High speed.


Все емкие конденсаторы на плате танталовые, по входу есть самовосстанавливающийся предохранитель на ток 400мА, так что в безопасностью все нормально.


Устройство, подключаемое через развязку получает питание через изолированный преобразователь напряжения, в данном случае 5-5 Вольт, мощностью 1 Ватт, т.е. максимальный ток нагрузки 200мА, при этом от него же питается и вторичная сторона самой платы потому сильно не разгуляешься, например попытка подключить внешний SSD накопитель привела к его циклической перезагрузке.
Я себе в другом магазине купил пяток подобных преобразователей для питания вольтметров с VFD дисплеями, да и просто для разных применений, полезная вещь.


А за собственно развязку отвечает ADUM3160, рядом расположен оптрон, при помощи него от переключателя идет команда на управляющий входу ADUMа для задания скорости передачи данных.


По заявлению производителя (если считать что чип оригинальный, а не клон) обеспечивается гальваническая развязка с максимальным напряжением до 2.5кВ и скоростью передачи данных 1.5/12 Мбит.


Снизу пусто, но должен сделать замечание. В характеристиках ADUM3160 указано что он выдерживает 2.5кВ, но в данном случае напряжение пробоя будет ограничено не им, а расстоянием между контактами преобразователя напряжения. Не знаю сколько держит его изоляция, но расстояние между 2 и 3 контактами маленькое и я бы как минимум сделал там прорезь в текстолите.


Измерение емкости между сторонами изолятора я провел сначала в варианте земля/земля, прибор показал 26пФ, потом измерил емкость земля/питание, показало те же 26пФ что на мой взгляд более чем нормально.


А теперь проверим его в работе.
Здесь проверка проходила не с каким-то из моих устройств, а с обычной флешкой, собственно для изолятора все равно что там подключено так как он полностью прозрачен для системы, не требует никаких драйверов и прочего, включил и работай, чем собственно меня и заинтересовал.
На первичной стороне есть два светодиода, синий и красный, синий светит когда выбран режим высокой скорости (12 Мбит), красной — низкой скорости (1.5 Мбит).
Но почему-то нормально работал только режим Full speed, при низкой компьютер видел что что-то подключено, но не мог определить что это. Проверял как флешки, так и USB-UART конвертер, переключал как «на ходу», так и с переподключением, в Low speed ничего не заработало.


Немного тестов скорости.
1. Кардридер, включено в USB 3.0 хаб
2. Кардридер, включено в USB 2.0 компьютера
3. USB 2.0 флешка, включено в USB 2.0 компьютера.

Максимум я получил скорость около 9 Мбит, что в принципе нормально, при этом видно, что в варианте с прямым подключением к компьютеру скорость выше.


1, 2. Ток потребления в режиме Full speed ниже чем в Low speed и составляет соответственно 15 и 28мА.
3. Напряжение на выходе без нагрузки выше чем на входе, примерно на 0.1 Вольта.
4, 5. Интересно что в режиме Low speed ток потребления нагрузки падает почти до нуля (фото 5), при этом питание есть так как работает тестер, но устройства не определяются, о чем я писал выше.
6. Нагрузочная способность модуля очень маленькая, уже при токе нагрузки в 60-65мА напряжение проваливается до 4.6 Вольта. В данном тесте изолятор был подключен через USB удлинитель, но даже при прямом подключении разница была не очень большая.


И так положительное, качество изготовление нормальное, модуль работает стабильно, данные передаются, пользоваться очень удобно так как он просто включается между компьютером и целевым устройством, например той же нагрузкой, блоком питания, USB осциллографом и пр.
Отрицательное. Скорость только до 12 Мбит, потому подойдет для не очень скоростных устройств, причем почему-то работает только в одном режиме. Нагрузочная способность по выходу мала и составляет всего около 40-50мА, из-за чего целевое устройство желательно питать отдельно. Есть также нарекания к качеству изоляции между первичной и вторичной стороной, решить можно заменой DC-DC изолятора, причем если применить более мощный, то вырастет и нагрузочная способность по выходу.

Резюме, если знать о нюансах применения, то имеет право на жизнь и в некоторых ситуациях может реально облегчить жизнь. У меня не так давно был реальный случай, когда при определенной комбинации электронной нагрузки, ее блока питания, тестируемого блока питания и компьютера соединение по USB пропадало через каждые 5-10 секунд, USB изолятор решил бы эту проблему так как без подключения к компьютеру все работало стабильно.

У продавца есть купон 2/15, потому при покупке двух штук можно немного сэкономить, я этот купон использовал так как заказывал эту плату+два WiFi-UART модуля.

На этом у меня все, надеюсь что обзор был полезен.