“最近我們?cè)诒本┳隽艘粋€(gè)參考平臺(tái)，但在與筆記本連接時(shí)，很多接口速度卻不夠，”ADI亞太區(qū)醫(yī)療事業(yè)資深業(yè)務(wù)經(jīng)理周文勝不無感慨地告訴EEWORLD。

　　如果必須隔離一個(gè)與PC機(jī)連接的設(shè)備，人們很自然地會(huì)選擇USB接口。尤其對(duì)于全球數(shù)億人口的健康維護(hù)來說，針對(duì)病人監(jiān)護(hù)、疾病管理、衛(wèi)生與健康，以及藥物發(fā)放的設(shè)備是必不可少的，因此對(duì)支持USB的保健護(hù)理設(shè)備的需求也在不斷增長(zhǎng)。

      盡管，70年代發(fā)展起來的光耦合器因其具有信號(hào)單向傳輸，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離隔離，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無觸點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)，傳輸效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)今USB隔離市場(chǎng)占據(jù)不小的份額，但是，無限增加的設(shè)計(jì)復(fù)雜度、對(duì)更多IC的需求以及隨之帶來的成本提升，都影響著USB隔離方面的設(shè)計(jì)。

　　磁耦PK光耦

　　變壓器、耦合電容器、光耦合器以及iCoupler隔離器——都提供電流隔離的典型方法，它們能阻斷兩點(diǎn)之間的電流，同時(shí)允許數(shù)據(jù)順利通過。所謂“隔離”是用來保護(hù)設(shè)備以防由電源浪涌或接地環(huán)路引起的高電壓或電流。被長(zhǎng)電纜分開的系統(tǒng)地線因?yàn)椴皇翘幱谙嗟鹊碾娢唬缘仉娏鲿?huì)在這兩個(gè)系統(tǒng)之間流動(dòng)。如果不采用隔離，上述電流會(huì)引入噪聲，降低測(cè)量質(zhì)量，甚至毀壞系統(tǒng)元件。

　　其中，光耦是應(yīng)用范圍較廣的產(chǎn)品，它以光為媒介傳輸電信號(hào)，對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用，一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電—光—電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力。

　　但是，也恰恰由于電-光-電的轉(zhuǎn)換具有一定比率，而這種比率會(huì)隨著溫度的變化而變化。同時(shí)，LED本身也會(huì)隨著溫度和時(shí)間漂移，因而對(duì)環(huán)境的要求比較嚴(yán)苛，可靠性有待提高。

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　　與之相比，2001年ADI推出的iCoupler技術(shù)消除了與光耦合器相關(guān)的不確定的電流傳送比率、非線性傳送特性以及隨時(shí)間漂移和隨溫度漂移問題；功耗降低了90％；并且無需外部驅(qū)動(dòng)器或分立器件。通過采用晶圓級(jí)工藝直接在芯片上制作變壓器，iCoupler可以在低成本條件下實(shí)現(xiàn)多通道及其它半導(dǎo)體功能集成。iCoupler變壓器采用平面結(jié)構(gòu)，在晶圓鈍化層上使用CMOS金屬和金構(gòu)成。金層下有一個(gè)耐高壓的聚酰亞胺層，將頂部的變壓器線圈和底部線圈隔離開來。連接頂部線圈和底部線圈的CMOS電路為每個(gè)變壓器及其外部信號(hào)之間提供接口。

　　傳統(tǒng)設(shè)計(jì)之痛

　　當(dāng)然，最最簡(jiǎn)單的方案莫過于不隔離，即USB外設(shè)與USB Host直接通過電纜連接。但是，在工業(yè)過程控制、穩(wěn)壓電源和計(jì)算機(jī)之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信等應(yīng)用中?；ミB系統(tǒng)中的各子系統(tǒng)通常都有自己的電源，而且往往相距很遠(yuǎn)，所以通常都需要采用電流隔離不形成接地環(huán)路，保護(hù)系統(tǒng)免遭瞬態(tài)高電壓損壞，而且降低了信號(hào)失真，也保護(hù)了人身安全。也恰恰是基于這樣保護(hù)和安全考慮，越來越多的應(yīng)用需要強(qiáng)制隔離，特別是醫(yī)療和工業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)用往往具有很嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)范，需要強(qiáng)制隔離。

　　一種方式可以將高成本的隔離解決方案嵌入到外設(shè)中，這種隔離方法沒法在USB SIE上實(shí)現(xiàn)，需要使用專門的設(shè)計(jì)技術(shù)和可用的端口實(shí)現(xiàn)隔離，這樣的方式無形中增加了整個(gè)系統(tǒng)的成本。此外，還可以將隔離放在USB隔離模塊或者連接線上，即外設(shè)和Host之間的連接通過某種嵌入式特殊隔離模塊的連接線實(shí)現(xiàn)。然而，此類連接線往往需要通過ASIC或者一堆器件搭建起來，“成本往往是幾百元甚至上千元，”周文勝告訴EEWORLD。體積大、成本高，也決定了這種方案實(shí)施的難度。

　　“傳統(tǒng)USB隔離方案需要一個(gè)收發(fā)器將USB的雙向差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成更兼容傳統(tǒng)分立隔離器的信號(hào)，這種收發(fā)器成本高且占用較大的空間，”ADI公司隔離產(chǎn)品部產(chǎn)品線總監(jiān)Ronn Kliger表示，“ADI的新型USB隔離器可以替代昂貴、耗時(shí)的傳統(tǒng)USB隔離方案，在一個(gè)IC內(nèi)實(shí)現(xiàn)了所有USB信號(hào)處理和隔離功能。”

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　　作為首款單封裝USB隔離器，ADuM4160取代了復(fù)雜的板級(jí)解決方案，在尺寸和成本都得以減小的同時(shí)，功耗和散熱性能都極大了得到了提高。

 　　“醫(yī)療設(shè)計(jì)一般采用隔離的RS-232或以太網(wǎng)連接，這些連接限制了數(shù)據(jù)傳送速率，不支持即插即用功能，并且占用過多的空間，”ADI公司醫(yī)療保健部總監(jiān)Patrick O’Doherty表示。

　　ADuM4160 USB隔離器采用ADI的iCoupler數(shù)字隔離技術(shù)，可提供有效值為5kV的醫(yī)用等級(jí)的隔離、上游短路保護(hù)和完全隔離的1.5Mbps和12Mbps數(shù)據(jù)速率。該器件符合USB 2.0標(biāo)準(zhǔn)，能以遠(yuǎn)低于目前數(shù)據(jù)隔離方案的成本和復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)完全隔離的USB功能。此外，ADuM4160采用外部提供的5V USB電源供電，或由系統(tǒng)利用內(nèi)部穩(wěn)壓器提供的3.3V電源工作。同時(shí)還提供上拉電阻的隔離控制，使外設(shè)能夠控制連接時(shí)序。它在空閑狀態(tài)下的電流低至2mA（最大值），無需掛起狀態(tài)。

　　這個(gè)單封裝、雙向且專門應(yīng)用于USB的隔離器，主要瞄準(zhǔn)醫(yī)療應(yīng)用，對(duì)ADI而言，是“史無前例”的，從2001年至今，已經(jīng)有超過2.5億個(gè)通道采用iCoupler技術(shù)。然而，光耦似乎也不示弱，新型光耦合器不斷涌現(xiàn)，其應(yīng)用范圍已擴(kuò)展到計(jì)測(cè)儀器，精密儀器，工業(yè)用電子儀器，計(jì)算機(jī)及其外部設(shè)備、通信機(jī)、信號(hào)機(jī)和道路情報(bào)系統(tǒng)等領(lǐng)域。磁耦無疑是極具競(jìng)爭(zhēng)力的，然而如果提及取代，尚需時(shí)日。