USB изолятор Hi-Speed (480M). Он существует.

FeodorZloy · 24.03.2023, 20:07

Приветствую!

Думаю, что не мне одному иногда хочется подключить логический анализатор или USB осциллограф к "горячей" плате, которая имеет разность потенциалов с компьютером на котором собственно и ведётся измерение.
Есть относительно дешёвые USB изоляторы сделанные на ADUM3160/4160, но у них куча минусов. Основной - узкая полоса пропускания 1.5 и 12 Мбит/с. И я промолчу про ручное переключение между ними и обычно маленький ток для потребителя от встроенного преобразователя. Всякие мышки/UARTы и прочие низкоскоростные потребители работают через них без особых проблем. Даже некоторые USB приборы если их запитать от внешних источников, но частота обновления ощутимо падает. Т.е. 1-2 осциллограммы в секунду вместо привычных 20-30.

Недавно я заглянул на Али и удивился многообразию предложений для 480Мбит/с. Купил один из них и он даже работает. Тестовый прогон скорости показывает 20/40 МБайт/с на чтение/запись. Сколько же показывает и "голый USB".

Первым на глаза попался аудиофильский изолятор TOPPING HS01. По ссылке можно посмотреть внутренности (сюда переложил). Есть и более продвинутая версия TOPPING HS02. Изолятор то он изолятор, но исключительно для домашнего использования. Ибо никаких искровых промежутков хотя бы на киловольт внутри не наблюдается. Ну и ценник как у всего аудиофильского зашкаливает.

Потом нашёл и купил вариант на 1 порт.
Сделан на четырёхслойке из двух ПЛИС которые передают данные через шестиногий трансформатор. К каждой ПЛИС выделена I2C EEPROM с прошивкой. На выходе стоит USB HUB от которого используется только один порт. Это должно упростить задачу, так как прошивка должна работать с одним конкретным потребителем и прокидывать только максимальную скорость в 480Мбит/с, а с тормозными устройствами разберётся уже сам HUB.
Каждая ПЛИС питается от своего DC-DC, пятиногие LDDSE. Между холодной и горячей стороной стоит MORNSUN 0505-2W. Вроде бы 2 Вт это 400 мА, но нет, пользователь может рассчитывать только на 300 мА, часть забирает себе ПЛИС. От перегрузки порт компа спасает не дешёвый мультифьюз, а что-то похожее на TPS2041C, пятиногое QW4WC. Он моментально рубит питание как только нагрузка на выходе изолятора превышает 320-330 мА. На холостом ходу потребление самого изолятора от компа скачет в районе 150-200 мА.

Есть варианты в которых от HUB разведены три или даже все 4 порта. Трёхпортовый и четырёхпортовый.
Из плюсов - к ним можно добавить внешнее питание и не держать нагрузку на голодной пайке. В минусе габариты. Ещё можно найти исполнения на DIN рейку, но уж очень они размашистые для настольного применения.

Итого.
Если очень надо и очень хочется, то сейчас можно купить полноценный USB 2.0 изолятор для USB оборудования на дискретных компонентах. Самое неприятное - цена которая начинается от примерно 3500 рублей за самую дешёвую модель на Али при курсе 75-76 рублей за доллар.
Собраны они примерно по одной схеме на двух ПЛИС и трансформаторе. Отличаются лишь числом выведенных наружу портов от HUB.
Примерно год назад появилась микросхема от TI - ISOUSB211. На неё даже есть обзор на ютубе. Это полноценный USB изолятор как и ADUM3160, только работающий с USB 2.0 на Hi Speed. Но "есть нюансы". Первый - цена, одна микросхема стоит как весь китайский комбайн в сборе. Второй - потребует не намного меньше обвязки чем собранное из рассыпухи, да и потребляет примерно так же.

FeodorZloy · 30.03.2023, 14:53

Продолжу. Приехал изолятор на три порта.
Как видим схема та же, что и в однопортовом. Работает, скорость максимальная для USB 2.0.
Минусы-нюансы этого лота.
Металлический корпус, т.е. киловольты в таком страшно развязывать. На плате то искровой промежуток нормально оформлен, а вот от низа платы до корпуса и обратно я бы не сказал, что достаточное расстояние.
Внутри нет DC-DC. Совсем нет. Т.е. запустить без внешнего БП не получится, даже для маленькой нагрузки. Да и прилагаемый БП идёт с китайской вилкой.

mike-y-k · 30.03.2023, 18:50

FeodorZloy, заказал ISOUSB211DPEVM ($61.30 с доставкой) и следом 4 чипа ISOUSB211 ($56.42 за все с доставкой) отдельно на TI.
Плата - сразу готовое устройство с двумя USB-BM разъёмами для подключения в разрыв кабеля. Сейчас на ней висит с одного конца ноутбук, с другого конца hub на 3 порта со своим питанием на осциллограф и ЛА…
EVM был проверен на скорость - везде устройства без проблем добирались до максимума…

Чипы еще добираются кружными путями - на них по схеме от EVM и примеру разводки буду делать отдельную плату с встроенным hub на 3 порта наружу…
Вопрос с питанием нормально решается или обычным для изоляторов способом - гальванически развязанным источником с одной стороны на другую, или питанием каждой стороны от отдельного источника…
Планирую именно 2 вариант с встроенным DC/DC из 12V в 5 на стороне hub и контроллерами питания для каждого USB канала на 1.5A… Должно хватить всем

PS Заглянул на ali про ISOUSB211 - чипы там покупать не стоит, мне 4 обошлись чуть дороже, чем 1 оттуда, а вот EVM при необходимости вполне можно приобрести - https://aliexpress.com/item/1005004770340295.html
Цена повыше, чем у описанного 3-портового, но там все симпатичней и есть возможность запустить его без питания с другой стороны…

FeodorZloy · 30.03.2023, 20:16

Сообщение от mike-y-k

заказал ISOUSB211DPEVM

Видео про микросхему от человека который прошёл свой путь по созданию готового изделия.
C 5:38 про особенности питания и мощность. Собственно это и натолкнуло на мысль, что китайская схема не так уж и плоха в итоговом зачёте.

mike-y-k · 30.03.2023, 21:02

FeodorZloy, я это уже видел, еще до приезда платы EVM (не отдельных чипов)…
Все там сказанное - признание человека, который читал документацию по диагонали

Автору не помешало бы знакомство с чипом на примере EVM. Совсем не зря ковбои делают эти модули - и пощупать вживую, и рабочая схема, и нюансы разводки,…
На EVM все ответы на все вопросы - реализованы все варианты схем по питанию и обвязке из DS. Только переставляй джамперы и перемычки…

Поигрался, действительно греется, но не столь критично и в каждой ситуации есть решения.
В итоге пришел к выводу - отказаться от внутренних LDO (вариант с сопротивлениями), сделать питание отключаемым изолированным DC/DC со стороны host, ограничить потребление без внешнего питания на портах hub до 50mA/порт (с учетом потребления всех схем суммарно получится 487mA от host) и переход на 1.5A/порт при подключении внешнего питания… До реализации еще не один подводный камень найдется…
Когда модуль пройдет испытания - будем смотреть по их результатам…

PS Предшественник (ISOUSB111) не успел попасть для препарирования, поскольку во время предварительного знакомства появился сначала анонс, а потом очень быстро готовый чип ISOUSB211…
Есть смутные подозрения о идущих в компании работах по изолятору уже для USB3 - разница там лишь в скоростях передачи через барьер изолятора…
Но для изолятора low/full speed можно пользовать и этот вариант - получится дешевле и по данным хорошего знакомого отлично справляется с работой… Он успел его попробовать и сделать на нем мелкий изолированный hub для менее скоростных приложений.

FeodorZloy · 05.04.2024, 01:09

Коллекция пополняется.

Знакомый на Амазоне по моей просьбе купил DSD TECH SH-G01B за примерно $35.

Мне показался очень не очень. Буква B в конце названия говорит, что изолятор собран на ADUM3165. С минимумом обвязки типа пары конденсаторов (на каждой из сторон по одному), защиты линий данных шестиногими клопами, встроенный DC-DC на пару ватт, отвязки оплётки кабеля от земли через конденсатор и резистор. Как всегда искровой промежуток в районе DC-DC хромает
После пересадки DC-DC модуля выяснилась основная претензия. Очень нестабильно держит связь с приборами. Долго искал причину и нашёл, что всё дело в проводе до устройства. Все китайские прикольные провода для зарядки которые отлично работают когда гаджет подключен к компу для изолятора не годятся. Нужен именно провод сертифицированный под USB 2.0 (обычно это комплектный от гаджета). При этом описанные выше китайские "самоделки" работают с любым проводом чуть ли не с помойки. Видимо USB HUB перед устройством держит связь намного увереннее чем микросхема изолятора.
Плата двухсторонняя, очень дешманская. Дорожки отваливаются чуть ли от взгляда на них. Линии питания очень тонкие и более того зачем-то гуляют по сторонам платы.
Я был настолько огорчён, что даже не сделал фото до начала допиливания. Но учитывая, что купить его всё равно нельзя (даже на Амазоне пропал) оставим просто упоминание.

Разорился на TOPPING HS02.

Как всегда с китайским инженерным искусством мои чувства очень противоречивы.
Наконец то с завода поставили DC-DC на 5 ватт! Причём по всем правилам воткнули перед ним EMI фильтр как того просит производитель DC-DC. Очень порадовали два входа (type B & type C) и два выхода (type A & type C) выбор куда идут данные осуществляется переключателем, коммутацией занимается специальная микросхема по сигналу с переключателя. В итоге берём имеющийся кабель и разъём для него уже имеется. Входы можно использовать один для данных второй для питания. Даже светодиод на выходе повешен не просто на питание как у чуда DSD TECH, а на ножку PGOOD и загорается только когда "всё в порядке".
Казалось бы радость достигнута - "купи и пользуйся" в любой конфигурации, но нет...
Первое огорчение это цена. Даже на распродаже в марте 2024 стоил в районе 8300 рублей.
Развязка по питанию от входов сделана слишком топорно. С каждого разъёма стоит диод на котором падает 0.7 вольта. Если от 5 входящих вольт их отнять, то получаем нижнюю границу работы DC-DC. По паспорту 4.5, я не особо стараясь экспериментально получил нижнюю границу 4.2-4.3. В принципе решается без разборки, если в один вход подключен комп, а во второй источник на 5.7-6.0 вольт. Но хочется то чтобы всегда хватало одного кабеля...
Несмотря на монолитный вид разбирается на раз-два. Подсмотрел на китайском форуме. Сначала аккуратно снимается защитная плёнка со стороны входов (я зубочисткой поддел через отверстие переключателя). Дальше два винтика под шестигранник и внутренности у вас в руках. Из переделок закоротил перемычкой два диода. Заменил DC-DC на 6 ватт (кочует туда-сюда). Ну и поднял выходную ёмкость, мои гаджеты это любят. На фотках - китайский апгрейд - замена электролитов.

P.S.
Так и не понял какой из изоляторов мне больше по душе. В принципе все рабочие, а после допиливания каждый из них на 99% покрывает мои запросы. Наверное любимыми будут трёхпортовый когда надо несколько гаджетов и TOPPING HS02 как наиболее функциональный.

eddy · 05.04.2024, 09:04

В общем, самый надежный и дешевый вариант - сделать самому. Для USB FS гальваноразвязка по комплектухе меньше 1000р будет, для HS надо смотреть - никогда еще с ним не связывался, моим поделкам и FS достаточно...

FeodorZloy · 05.04.2024, 14:15

Продолжу про особенности HS02.
Ночью перемкнуло, утром проверил. Под пластиковыми наклейками прячутся пластины на винтах. Так вот пластины алюминиевые, примыкая к входным разъёмам это даёт соединение с корпусом. Выход же заизолирован так же эпично как и диодная развязка. Отверстия в алюминии вокруг разъёмов сделаны с запасом. Для эстетики щели закрываются пластиковой наклейкой. Потому начинать разборку лучше со стороны входов, там и без наклейки всё более-менее эстетично т.к. щелей нет.

Сообщение от eddy

В общем, самый надежный и дешевый вариант

Самый надёжный - 128%. Все хотелки будут учтены в лучшем виде.

Про дешёвый это спорно. Я не занимаюсь именно "разработкой с нуля". Потому купить что-то редкое типа этих АДУМов для меня затруднительно (не освоил этот процесс в нынешних условиях), т.к. тарюсь в основном на Али и на складе конторы. Даже на ебей забил. Потому для меня "полуфабрикат с Али" это наиболее подходящее. Да ещё и корпус есть, не люблю печатанные на 3Д.
По работе я больше по софту. В электрической части я скорее тестер "с пониманием основ". Т.е. вылавливаю где коллеги накосячили. Понять, что схема "точно работает не так" могу, а вот найти и исправить это в схеме уже 50/50, собрать самому с нуля - не моё.

индюк · 05.04.2024, 14:43

зачем эти устройства вообще нужны???
дома мало где это нужно. для каких приборов?????

в промышленности и ответственных устройствах USB применять категорически не нужно. ибо это бытовая шина для цветомузыки и айфончиков. малейшая помеха приводит к полному обрыву связи без восстановления пока разъем не переткнешь....
стоит пропасть одному байту и связи нет.

для музыки? для музыки оптику надо.

нормальные приборы имеют сетевуху. осциллографы например.

HDMI тоже полно кабелей в которых оптика.

3 киловольта?)))) да вы смеетесь чтоль???
сходите на жд вокзал посмотрите какая длина дуги у пантографа электрички - там как раз 3 киловольта и то далеко не всегда, обычно меньше...
на этих платах дай бог 300 вольт не пробьет)))))

eddy · 06.04.2024, 13:15

Сообщение от FeodorZloy

Про дешёвый это спорно

Даже если заказывать в "резоните" платы, будет дешевле почти на порядок, чем покупать "готовое"!
Вот, как-то я в ЖЖшке писал, мол нет на алике таких как у меня оптоизолированных преобразователей CAN-USB. А через полгодика после этого наткнулся на почти такой же (тоже на STM32F042, но таки, судя по протоколу, засранцы сами что-то наговняли, а не готовый у меня с гитхаба взяли). Только вот у моего себестоимость на то время была около 350р, а китайцы на алике за 2000 продавали!