【应用】使用Si88242隔离器完成USB接口到MCU的数据通信隔离设计方案

时间： 2019-06-13 来源：Silicon Labs

技术问答

目前相当多的设备具有一个或多个USB外部接口，如果这些外部设备或者接口夹杂入了高压信号，就会有损毁设备主板的风险。当前的隔离措施主要包括有线与无线两种，无线方式尽管实现了绝对的电气隔离，但其方案在数据吞吐量、抗干扰与安全性方面需要增加的设计成本较高。有线方式则是在数据通信设备之间增加隔离器，但突出要解决的问题就是，目前相当多的隔离器属于单向通道器件，而USB接口的D+与D-线却是双向通信方式。采用直接在D+与D-线中插入隔离的这种方式是一种比较理想的方案，但是直接对D+和D-线的隔离较为复杂，器件的应用成本较高。目前在部分工业通信的场合比较通用的做法为， USB接口转换为串行通信信号，通过对转换出的串行信号增加隔离器来实现隔离功能。本方案提出的电气结构为，使用隔离器Si88242完成USB接口到MCU的数据通信隔离，基本电路功能模块为MCU _ UART _ Isolator _ USB-UART _ USB, 其中USB-UART转换使用了Silicon的CP2102。下图1为该隔离方案的结构流程图。

图1 隔离方案结构图

Si88242是Silicon推出的Si88xx系列隔离器产品，支持最高100 Mbps的数据速率，传输延迟仅为23 ns（MAX），其结构整合了高速数字隔离器与隔离电源，隔离电源需要外置变压器结构，该设计能够提供较高的输出功率，最高5W的峰值输出功率，支持3.3或5.0 V（或大于5V外设）调节电压。Si88242提供了四个高速数字隔离通道，分别为两入与两出通道。下图2为Si88242隔离方案的原理图，设计者可参考该设计直接应用，其中推荐的电路结构中的变压器设计选型为UTB02185S 2uH，Si88242的VSNS引脚利用电阻R3与R4得到电压反馈，电源隔离部分则是由滤波电容、变压器以及整流二极管组成。CP2102是SILICON LABS推出的一款 USB TO UART转换器，其为设计者提供了简单、高效的转换方案，目前该型号应用广泛，方案较为成熟稳定。

图2 Si88242隔离方案原理图

使用官方提供的开发板Isolated USB EXP可评估Si88242完成USB接口到MCU的数据通信隔离，评估板见图3所示。该评估板板载了Si88242与Si8642隔离器，并且提供了一个20-PIN 接口，可连接至 Silicon 的EFM8与EFM32开发套件。

图3 隔离方案评估板

图4 EFM8与EFM32开发套件

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型号- 1176000000,1193170000,7760054081,CH20M BUS-PROFIL TS35X7.5/750,WSR-ES2-3O1C-S,EPAK-CI-CO,7760051003,WSR-PRO2-2O4N-S,7760051004,7760051005,ACT20M-TCI-AO-E-S,7760051006,ACT20P-CMT-60-RC-S,ACT-20M-RTI-AO-E-S,2825560000,CBX200 USB,EPAK-PCI-CO,ACT20P-RTI-2AO-S VO,896550000,1248240000,ACT20P-CMT-30-AO-RC-S,EPAK-VI-VO,EPAK-VM-CO-H,ACT20P-CMT,ACT20M-RTI-CO-EOLP-S,ACT20P-CI-CO-S,EPAK,CH20M BUS-AP LI TS 35X7.5 & 15,CH20M BUS-PROFIL TS 35X15/250,1176040000,ACT20P-PRO-RTCI-AO-DO-S,ACT20M-BAI-AO-S,ACT20P-CML,CH20M BUS-PROFIL TS35X15/750,CH20M BUS 4.50/05 AU/250,7760054301,7760054300,ACT20P-TCI-2AO-S,EPAK-VMR-3PH-480-ILP,EPAK-PCI-VO,ACT20M-AI-AO-S,ACT20P-VMR-3PH-ILP-H-S,ACT20P-CI-CO-ILP,1176070000,CH20M BUS-PROFIL TS 35X7.5/250,ACT20P-CI2-CO-OLP-S,2825520000,CH20M BUS-PROFIL TS35X15/500,ACT20M-CI-2CO-S,ACT20P-2CI-2CO-ILP-S,1335140000,ACT20M-2CI-2CO-OLP-S,ACT20P-RTI-AO-S VO,EM120-RTU-2P,ACT20M-CI-CO-S,WAS5 AIX AOS DCS,7760054310,7760054303,ACT20P-PRO DCDC II-S,7760054302,7760054305,7760054304,7760054307,7760054306,7760054308,ACT20P-VI3-VO3-S,1248160000,EPAK-VI-CO,ACT20M-AI-AO-E-S,1375500000,EPAK-VMR-3PH-PH,1176010000,2825550000,1248190000,ACT20P-RTI-2AO-S,WSR-PRO2-2O4N,CH20M BUS-ADP TS35/500,EPAK-2CI-2CO ILP,1375520000,ACT20M-AI-2AO-S,EPAK-CI-VO,ACT20M-RTI-AO-S,ACT20M-BAI-2AO-S,ACT20M-RTCI-CO-OLP-S,ACT20P-RI-AO-S,1510440000,CH20M BUS-ADP,1248250000,CH20M BUS 4.50/05 AU/1000,ACT20P-CI-2CO,CH20M BUS-ADP TS35/750,1175980000,ACT20P-VM-AO-S,1510540000,1248210000,ACT20M-CI-CO-OLP-S,2825510000,1481970000,WSR-EXT,2448100000,ACT20M,WAS5 AOX AIS DCS,ACT20P,ACT20P-CMT-60-AO-RC-S,1375510000,7760054233,1248150000,7760054114,7760054235,7760054234,EPAK-VMR-1PH-300-24V,EPAK-RTI-CO-S,1375450000,1335150000,EM220-RTU-4DI2DO-GW,WAS5 DIX DOS DCS,1248260000,CH20M BUS-AP RE TS35X7.5 & 15,1248180000,2044850000,CH20M BUS-PROFIL TS35X15/250,WAS5 DIX DOS DCT,7760054121,7760054242,7760054120,EPAK-VMR-1PH-300-230V,7760054123,7760054244,7760054122,7760054243,CH20M BUS 4.50/05 AU/750,ACT20P-RI-2AO-S VO,7760054246,CH20M BUS-ADP TS 35/250,7760054124,7760054245,WSR-ES1-3O1C-S,WSR-ES3-3O1C-S,7760054237,7760054115,7760054236,7760054118,EPAK-CM-CO-H,7760054117,7760054238,7760054119,CH20M BUS-PROFIL TS35X7.5/1000,1375470000,1176020000,EPAK-TMR-PTC,EPAK-CMR-1PH-5-24V,ACT20P-RI-2AO-S,ACT20P-VI-CO-OLP-S,ACT20P-OLP,7760054130,ACT20P-TCI-AO-S,1435610000,7760054131,1175990000,7760054248,7760054247,2825540000,ACT20P-CI1-CO-OLP-S,EPAK-CI-2CO,8965500000,1282490000,WAVE EX,ACT20M-UI-AO-S,1176050000,1248220000,CH20M BUS-PROFIL TS35X7.5/250,WSR-PRO,1510470000,WAS5 DOX1 DIS DCS,ACT20-FEED-IN-BASIC-S,WPM-VMR-3PH-PH,ACT20P-RTI-AO-S,EPAK-CMR-1PH-5-230V,WSR-EXT1-8O4C-S,2825570000,EPAK-VMR-3PH-480-ILP-H,ACT20P-UI-AO-DO-LP-S,ACT20P-CI-CO,ACT20P-CI-CO-ILP-S,ACT20P-RI-AO-S VO,ACT20M-RTI-AO-E-S,ACT20P-VI1-CO-OLP-S,ACT20M-CI-CO-ILP-S,EPAK-CI-CO ILP,ACT20P-CML-10-AO-RC-S,WSR-EXT1-4O2C-S,CH20M BUS-AP LI TS35X7.5 & 15,ACT20,WSR-TH,CH20M BUS-ADP TS35/1000,IP20,WAS5 DOX2 DIS DCS,7760054165,1248170000,1193160000,7760054164,1453210000,1435590000,SET CH20M BUS 250MM TS 35X15,ACT20P-TCI-2AO-S VO,ACT20P-BRIDGE-S,ACT20P-VMR-3PH-ILP-H,ACT20M-TCI-AO-S,ACT20P-TCI-AO-S VO,1248270000,ACT20P-AI-AO-S,EPAK-VMR-1PH-300-XXXV,7760054291,1176030000,7760054290,7760054293,7760054292,EPAK-CI-4CO,1375480000,7760054295,7760054294,7760054176,7760054175,7760054178,7760054299,2825530000,7760054177,ACT20P-VMR-1PH-H-S,ACT20P-2CI-2CO-12,7760054179,EPAK-CMR-1PH-5-XXXV,SET CH20M BUS 250MM TS 35X7.5,ACT20P-CI-2CO-OLP,ACT20P-VMR-1PH-H,WSR-PRO1-2O-S,ACT20P-CI-2CO-S,7760054181,7760054180,7760054182,WSR-ES,WSR-EXT1-8O4C,EM220-RTU-4DI2DO,1067250000,ACT20P-2CI-2CO-12-S,WSR-TH1-3O1C,1510390000,WAS5 TIX AOS DCS,1248230000,EPAK-TCI-CO-S,8978580000,EM122-RTU-2P,CH20M BUS-PROFIL TS35X7.5/500,ACT-20M-TCI-AO-E-S,EPAK-TMR-PT100-S,EM111-RTU-2P,7760054073,7760054072,CH20M BUS-AP RE TS 35X7.5 & 15,7760054075,7760054074,1176080000,7760054077,ACT20P-TMR-RTI-S,7760054076,WSR-TH1-3O1C-S,ACT20M-2CI-2CO-ILP-S,7760051001,CH20M BUS-PROFIL TS35X15/1000,CH20M BUS 4.50/05 AU/500,CH20M BUS-ADP TS35/250,2825580000,ACT20-FEED-IN-PRO-S,ACT20P-CMT-10-AO-RC-S

选型指南 - WEIDMUELLER - 04/2022 PDF 中文下载

【选型】Weidmueller（魏德米勒）电子产品选型指南

目录- 全系列产品及应用领域介绍继电器及光电耦合器模拟信号隔离器电源电子熔丝电力参数测量仪电涌保护器

型号- VPU II 0 LCF 280V/40KA,1123430000,ZQV 4N/50 RD,VPU II 0 N-PE 260V/40KA,TRZ 120VUC 1CO,TRZ 230VUC 2CO AU,VPU II 3 400V/40KA,1124080000,1133760000,1123270000,RCM570110,WTR 24,1351890000,DRM270110,RCL314548,TOZ 24-230VUC EMPTY,PWR153048P,1064340000,8948620000,1064500000,8950820000,DRL270048L,VPU II 3+1 R 750V/40KA 750 VAC,8951000000,PWR276548L,TRS 120VUC 1CO,1351350000,4058640000,VSSC EX,1202550000,7760056169,8924240000,24V AC/DC 16A,PWR153220P,VPU I 0 N-PE 260V100KA,VPU II 1 1 R 280V/40KA,RCL425024,ACT20M-2CI-2CO-OLP-S,8951700000,1415350000,2425460000,1219820000,1469550000,VPU II 1 N-PE 260V/40KA 260 VAC,1220190000,VPU II 1 LCF 280V/40KA,VSPC 2SL 5VDC 0,CP E SNT 250W 48V 5.2A,2081900000,VPU II 4 280V/40KA,2123050000,8951470000,1219750000,VPU II 3 600V/25KA,7760056184,7760056185,7760056183,RCL114048,7760056188,7760056189,7760056186,7760056187,1351980000,VSPC 2SL 5VDC R,RCM570548,1123500000,1064430000,CP E SNT 50W 24V 2.2A,1352950000,DRH173024LT,ACT20M-AI-2AO-S,CP E SNT 350W 48V 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600V DC 600VDC,DRL170024L,60VUC 48VDC 0.1A,

选型指南 - WEIDMUELLER PDF 中文下载

Mibbo（米博）信号隔离器选型指南

描述- Mibbo主营传感器、继电器、按钮开关、隔离器、开关电源及个性化CDM定制产品等。作为中高端品牌，在新能源、电力仪表、数据中心、机器人、数控系统、智能自动化生产、畜牧业等各个行业应用提供稳定、出众的产品，保障系统稳定高效运行，并持续创新，为解决客户的实际应用与市场需求，创造与开发更具竞争力的系列新产品。

型号- QT2C-20B0,QT2C-B0BB,QT2C-B022,QT2R-20B0/□,QT2C-B020,QT2T-J020/□,QT2C-20BB,QT2C-2022,QT2C-4444,QT2C-2020,QT2T-J0B0/□,QT2C-20A0,QT2C-A044,QT2C-B010,QT2C-B0AA,QT2C-B011,QT2C-A040,QT2R-40B0/□,QT2C-20AA,QT2C-2011,QT2C-2010,QT2C-44CC,QT2C-4433,QT2C-3344,QT2R-4020/□,QT2C-1040,QT2C-CC44,QT2T-B0AA/□,QT2C-B0B0,QT2C-1044,QT2R-130AA/□,QT2T-B022/□,QT2R-2010/□,QT2C-A033,QT2T-B0A0/□,QT2C-A030,QT2C-44BB,QT2C-33CC,QT2C-4422,QT2C-3333,QT2T-S0B0/□,QT2C-1030,QT2C-CCCC,QT2C-CC33,QT2C-BB44,QT2C-B0A0,QT2T-S020/□,QT2T-B0BB/□,QT1R-10A0/A1,QT2C-2244,QT2C-1033,QT2R-2022/□,QT2C-10B0,QT2C-A0BB,QT2C-A022,QT2C-A020,QT2T-B010/□,QT2C-1020,QT2C-44AA,QT2C-33BB,QT2C-4411,QT2C-3322,QT2C-CCBB,QT2C-BBCC,QT2C-CC22,QT2C-BB33,QT2C-AA44,QT2C-22CC,QT2C-2233,QT2C-1144,QT2C-10BB,QT2C-1022,QT2C-C033,QT2T-E020/□,QT2C-C030,QT2T-K0AA/01,QT2R-40A0/□,QT2R-30BB/□,QT2R-4010/□,QT2T-EK010/□,QT2R-3022/□,QT2T-T011/□,QT2R-20BB/□,QT2C-3030,QT2C-3033,QT2T-T0AA/□,QT2T-E0B0/□,QT2T-S0AA/□,QT2R-20A0/□,QT2C-C0BB,QT2C-C022,QT2C-C020,QT2C-30B0,QT2R-40BB/□,QT2T SERIES,QT2R-3011/□,QT2T-T022/□,QT2T-S011/□,QT2C-3020,QT2R-4022/□,QT2C-30BB,QT2C-3022,QT2T-T0BB/□,QT2T-S0BB/□,QT2C-C0AA,QT2C-C011,QT2C-B044,QT2C-C010,QT2C-30A0,QT2C-B040,QT2C-2044,QT2R-40AA/□,QT2C-2040,QT2C-C0B0,QT2R-4011/□,QT2T-S022/□,QT2C-3010,QT2C-30AA,QT2C-3011,QT2T-R020/□,QT2R-2020/□,QT2C-B033,QT2C-B030,QT2C-2033,QT2C-2030,QT2T-S0A0/□,QT2R-3010/□,QT2T-R0B0/□,QT2C-C0A0,QT2T-S010/□,QT2R-30A0/□,QT2T-R010/□,QT2C-111 1,QT2T-E022/□,QT2T-V0B0/□,QT2R-30B0/□,QT2T-E0BB/□,QT2T-N0AA/□,QT2R-3020/□,QT2T-N011/□,QT2C-4040,QT2T-R0A0/□,QT2T-V020/□,QT2T-E0A0/□,QT2C-4044,QT2T-K0B0/□,QT2R-10B0/□,QT2T-E0AA/□,QT2T-T0B0/□,QT2T-E011/□,QT2T-N0BB/□,QT2T-T020/□,QT2T-K020/□,QT2T-N022/□,QT2C-4030,QT2R-1020/□,QT2C-4033,QT2T-N0A0/□,QT2T-K0A0/A1,QT2R-10A0/□,QT2T-R0AA/□,QT2C-40B0,QT2T-T0A0/□,QT2T-R011/□,QT2R-10AA/A1,QT2T-T010/□,QT2C-4020,QT2C-40BB,QT2C-4022,QT2R-1010/□,QT2T-N010/□,QT2T-R0BB/□,QT2C-C044,QT2C-40A0,QT2C-C040,QT2T-R022/□,QT2C SERIES,QT2T-K0A0/01,QT2C-3040,QT2R-20AA/□,QT2C-4010,QT2C-40AA,QT2C-4011,QT2C-3044,QT2C-10A0,QT2R-2011/□,QT2T-K0A0/□,QT2C-A0AA,QT2C-A011,QT2T-V0BB/□,QT2C-A010,QT2C-1010,QT2T-J011/□,QT2C-33AA,QT2C-3311,QT2C,QT2C-CCAA,QT2C-BBBB,QT2C-CC11,QT2C-BB22,QT2C-AACC,QT2C-AA33,QT2R-10AA/□,QT2C-A0B0,QT2T-J0AA/□,QT2T-K010/□,QT2C-22BB,QT2C-11CC,QT2C-2222,QT2C-1133,QT2R-1011/□,QT2C-10AA,QT2C-1011,QT2T-V022/□,QT2T-N0B0/□,QT2T-V0AA/□,QT2T-B0B0/□,QT2T-K0BB/□,QT2R SERIES,QT2C-BBAA,QT2C-BB11,QT2R-10BB/□,QT2C-AABB,QT2C-AA22,QT2C-A0A0,QT2T-K022/□,QT2C-22AA,QT2C-11BB,QT2C-2211,QT2C-1122,QT2R-1022/□,QT2T-N020/□,QT2T-V011/□,QT2T-B020/□,QT2T-K0AA/□,QT2C-AAAA,QT2C-AA11,QT2T-K011/□,QT2C-11AA,QT2T,QT2R,QT2T-J010/□,QT2T-V0A0/□,QT2T-J022/□,QT2T-J0A0/□,QT2T-J0BB/□,QT2T-V010/□,QT2R-10A0/A1

选型指南 - MIBBO - 2023/5/15 PDF 中文下载

【技术】浅谈光耦、磁耦和容耦三种不同信号隔离方式特点

SILICON LABS的SI86XX车规级数字隔离器采用Si02基底介质， CMTI能力高达50kV/µS，采用OOK调制技术，寿命>60年。

技术探讨发布时间 : 2018-02-07

【产品】USB信号隔离延长器控制芯片CH315，支持12Mbps全速USB传输和1.5Mbps低速USB传输

沁恒推出的CH315S是USB信号隔离和延长控制芯片，支持电容耦合或者网络变压器耦合，用于USB信号的隔离与实时中转和传输距离扩展。CH315G 是USB延长线控制芯片，用于USB信号的实时中转和传输距离扩展。CH315H 是USB信号隔离控制芯片，用于USB总线的光电隔离器或者磁电隔离器。

新产品发布时间 : 2022-06-21

检测0~100V左右电压，全部采用国产器件，一块电路板上这样的模拟信号检测有16路以上。第一种方案：电阻分压0~2V——＞模拟信号隔离——＞ADC 目前国内的模拟信号隔离器件很难找，找到的几家都是体积很大的隔离模块，功耗也很大。第二种方案：电阻分压——＞VFC转化——光耦隔离——CPU 找了一下，目前国内的VFC芯片难找，没找到请问一下，上述方案1，是否有合适的国产隔离器件？方案2，是否有合适的国产VFC芯片？是否还有其它比较好的方案？

第一方案中所采用的隔离运放或者信号隔离+ADC，就国产而言，隔离运放目前暂无合适推荐，信号隔离目前国产的有纳先微，国产ADC推荐世强代理的芯海品牌，推荐芯海24位高精度ADC产品CS1237，相关资料参考：CS1237 24-bit Sigma-Delta ADC 用户手册。第二方案中的VFC芯片目前国产暂时也没有合适推荐，可以评估运放积分+NE555做比较脉冲再信号隔离输出的方案，外围电路较为麻烦，但分立器件目前都有国产化可供选择，运放推荐世强代理的圣邦微，相关选型可以参考：【选型】SGMicro（圣邦微）产品选型指南。

技术问答发布时间 : 2020-03-25

隔离器Si8715是怎样降低系统工作时的电磁干扰的？

隔离器Si8715主要通过现场取消的内部差分信号路径，调整隔离电容的大小和低功率电源振荡器设计组合实现低 EMI 操作。

技术问答发布时间 : 2017-05-05

【应用】6路数字隔离器Π160M60用于伺服系统中PWM信号隔离，降低产品整体成本，提高产品集成度

在PWM信号传输过程中，难免会因为强电产生的静电杂波等信号影响PWM信号的传输，使用光耦会有光衰以及成本和体积的影响，目前市面上采用数字隔离器来进行隔离的厂家已逐渐成为主流，本文将介绍荣湃Π160M60用于伺服系统同PWM信号隔离的应用。

应用方案发布时间 : 2022-05-28

SIAC-PS Signal Isolator with Power Supply

型号- SIAC-PS

数据手册 - NIDEC MOTOR - 05/16 PDF 英文下载

请推荐一颗USB隔离芯片。

暂时没有完全符合USB直接和MCU的隔离，推荐Silicon Labs品牌的隔离器产品Si88242，提供了四个高速数字隔离通道，分别为两入与两出通道，支持最高100 Mbps的数据速率，传输延迟仅为23 ns（MAX），可以参考文章：【应用】使用Si88242隔离器完成USB接口到MCU的数据通信隔离设计方案。

技术问答发布时间 : 2020-02-26