USB接口的光电隔离保护方案
usb隔离芯片
usb隔离芯片USB隔离芯片是一种用于电气隔离的集成电路，它可以在USB设备和主机之间提供电信号与数据信号的隔离功能。
USB隔离芯片的主要作用是防止电气噪声、干扰和高压危险等因素传导到另一侧，并保护用户的电子设备和计算机免受损坏。
USB隔离芯片通常由两个主要组成部分组成：信号隔离部分和电源隔离部分。
信号隔离部分用于隔离USB设备和主机之间的数据传输信号，通常通过光耦合或器件隔离等技术实现。
这种技术可以有效地防止信号噪声和干扰的传递，提高数据的可靠性和稳定性。
电源隔离部分则用于隔离USB设备和主机之间的电源供应，以防止高电压、电流等危险传导到另一侧。
USB隔离芯片的工作原理是利用隔离通道来隔离两侧的电气信号。
隔离通道通常由光电耦合器或者高压绝缘器件等构成，通过隔离材料将两侧的电信号隔离开，从而防止信号干扰和噪声的传输。
在数据传输过程中，USB设备和主机之间的数据信号通过隔离通道进行隔离，可以有效地提高数据传输的可靠性和稳定性。
USB隔离芯片广泛应用于工业控制、医疗设备、通信设备等领域。
在工业控制中，USB隔离芯片可以防止工业设备产生的高电压、电流等危险信号传导到计算机主机，保护计算机设备安全可靠。
在医疗设备中，USB隔离芯片可以防止医疗设备产生的电气噪声和干扰传导到计算机主机，保护患者的安全和隐私。
在通信设备中，USB隔离芯片可以提高数据传输的可靠性和稳定性，保证通信设备的正常运行。
总之，USB隔离芯片是一种重要的电气隔离技术，可以有效地防止电气噪声、干扰和高压危险等因素传导到另一侧。
它在工业控制、医疗设备、通信设备等领域有广泛的应用，可以保护用户的电子设备和计算机免受损坏，提高数据传输的可靠性和稳定性。
随着科技的不断发展，USB隔离芯片的性能和功能将不断提高，为电气隔离技术的应用提供更好的支持。
USB光隔离开关量输入输出模块
USB7408（N）光隔离开关量输入输出模块1.概述：USB7408（N）模入接口模块适用于提供了 USB接口的PC系列微机，具有真正的热插拔、即插即用（PnP）功能。
其操作系统可选用目前流行的Windows系列、高稳定性的Unix等多种操作系统以及专业数据采集分析系统LabVIEW等软件环境。
在硬件的安装上非常简单，使用时只需将USB7408（N）的USB 接口插入计算机内任何一个USB接口插座中，信号电缆从模块提供的接口直接接入。
为方便我公司原有用户对产品的升级换代，开关量输入输出模块的输入输出插座引线定义与PC-6408、PCI8408几乎完全一样。
本模块适用于各种开关信号的自动控制以及计算机同数字仪器的接口。
考虑到在开关量的输出中“开 /关”瞬态对计算机干扰十分强烈及现场强电的干扰，本模块采用了光电隔离技术，使计算机与现场信号之间全部隔离，提高了计算机与本模块在工作中的抗干扰能力和抗损毁能力。
本模块上的开关量输入为16路，输出为16路，采用两组分别共地方式。
输出部分可与我公司研制的 PS-002继电器接口板直接配套使用。
USB7408N是USB7408的升级产品，外部接线与USB7408完全相同，只是函数名称有略微的区别，老的用户只需将原来的函数USB7408DI、USB7408DO换为对应的USB7408NDI、USB7408NDO即可。
2.主要技术指标：2.1USB指标2.1.1处理器芯片：CY7C68013A2.1.2通讯方式：USB接口2.1.3通讯距离：小于5米2.1.4通讯协议：USB2.02.1.5通讯最大速率：1M Byte /秒，即8M bps的波特率2.2输入输出信号2.2.1输入路数及电气连接方式：16路共地（共阴）方式。
2.2.2输入信号电平范围：TTL〜48V （默认5V输入）。
2.2.3输入信号电流消耗：三5mA/每路2.2.4输出路数及电气连接方式：16路共源（共阳）方式。
USB TO RS232 485 TTL 用户手册说明书
USB TO RS232/485/TTL用户手册产品概述简介USB TO RS232/485/TTL是一款工业级USB转RS232/485/TTL隔离型转换器，采用原装FT232RL，内置电源隔离、ADI磁耦隔离和TVS等保护电路，铝合金外壳设计。
USB TO RS232/485/TTL操作简单，零延时自动收发转换，具有通信速度快、稳定、可靠、安全等特点，可适用于各种通信要求较高的工控设备或应用。
产品特性⚫支持USB转RS232、USB转RS485、USB转TTL(UART)通信⚫采用原装FT232RL，高速通信稳定、可靠、兼容性好⚫板载一体式电源隔离，可提供稳定的隔离电压，隔离端无须额外供电⚫板载一体式ADI磁耦隔离，可进行信号隔离，可靠性高、抗干扰强、功耗低⚫板载TVS(瞬态电压抑制管)，可有效抑制电路中的浪涌电压和瞬态尖峰电压，防雷防静电⚫板载自恢复保险丝和保护二极管，可确保电流和电压稳定输出，防过流过压，抗冲击能力强⚫板载零延时自动收发转换电路，确保USB端与不同接口能快速稳定通信、互不干扰⚫板载TTL串口3.3V和5V电平转换电路，用户可通过开关切换TTL通信电平⚫铝合金外壳，氧化磨砂处理，CNC数控开孔，牢固耐用、工艺精美⚫外置3个LED指示灯，方便查看电源和信号收发状态⚫高品质USB-B和RS232接口材料，插拔顺畅，坚固可靠产品参数⚫产品类型：工业级光电隔离型转换器⚫通信速率：300-921600bps⚫主机接口：USB⚫设备接口： RS485/RS232/TTL⚫USB接口：◼工作电平：5V◼接口形式：USB-B型接口◼接口保护：200mA自恢复保险丝，隔离输出◼传输距离：约5米⚫RS485接口：◼接口形式：接线端子◼接口引脚：A+、B-、GND◼方向控制：硬件自动判别和控制数据传输方向◼接口保护：提供600W防雷、浪涌和15KV静电保护(预留120R平衡电阻焊盘) ◼传输距离：约1200米◼传输模式：点对多(至多32个节点，16个节点以上建议加中继器)⚫RS232接口：◼接口形式：DR9 公口◼接口保护：TVS管保护，浪涌和静电保护◼传输距离：约15米◼传输模式：点对点◼TTL(UART)接口：◼工作电平：3.3V或5V◼接口形式：接线端子◼接口引脚：TXD、RXD、GND◼接口保护：提供钳位保护二极管，防过压负压，抗冲击干扰◼传输模式：点对点⚫指示灯：◼PWR：电源指示灯，接入USB，检测到电压则亮红灯◼TXD：发送指示灯，有数据从USB口发出时亮绿灯◼RXD：接收指示灯，有数据从设备接口发回时亮蓝灯⚫使用环境：◼温度范围：-15℃~ 70℃◼湿度范围：5%RH ~ 95%RH⚫操作系统：Windows 10 / 8.1 / 8 / 7 / XP备注：RS485（板载预留120R平衡电阻焊盘，客户可以根据通讯数量考虑是否加入，建议在起止端加入也就是主机和最后一个设备上面各加一个120Ω的匹配电阻。
保护网络安全用USB端口实现内外网隔离
保护网络安全用USB端口实现内外网隔离保护网络安全用USB端口实现内外网隔离网络蠕虫、网页挂马、恶意软件是目前针对互联网的新型犯罪的三种主要手段。
黑客利用技术手段在用户无法发现的情况下，在个人电脑上植入特殊的病毒，并将其互相连通，集群管理，从中获得巨大的利益。
由于每个被感染或者入侵的个体受到的损失可能非常小，因此其隐蔽性非常高，在没有特殊工具的帮助之下难以被发现。
但是，由于其数量巨大，通过聚沙效应，往往可以积少成多，成为网络犯罪分子牟利的非常有效的工具。
在个人电脑上网进行浏览网页时，利用敏感或者热门的关键字吸引用户进入，同时植入蠕虫、木马、恶意软件，已经成了上述恶意攻击的主要手段。
基于USB2.0隔离方法的提出近年来，信息技术高速发展，电子政务的应用越来越广泛，在这些需要依靠信息系统处理日常事务的机构（如工商、税务、银行以及军队等）中，工作人员一方面要接入到互联网中，另一方面要连接到内网中，并在这两个网络中实现信息的交换。
由于这些机构的内网中存在许多涉及国家、个人的机密信息，所以，必须在保证信息交换的前提下实现两个网络连接的安全。
如何选择隔离手段将内网与外网进行隔离的同时进行必要的通信，这是目前应对新形势下网络犯罪最亟待解决的问题。
本文提供了一种通过USB实现基于Http代理通信的同时实现内外网数据安全隔离的方案。
安全隔离和信息交换系统的架构由两个拥有操作系统（可以是异构操作系统）的独立主机系统（内网机和外网机）和一个连接硬件组成，连接硬件通常是与以太网异构的介质组成，如某些隔离卡或交换矩阵等。
这些连接硬件通过主机上的程序或硬件上独立的芯片来对两个网络中需要交换的信息数据进行封包、摆渡、解包，从而实现内外网之间数据的交换。
本文提到的这种新的解决方案也是基于这种架构，不过其连接硬件采取了专用的USB 2.0的方式。
内外网主机使用专用的程序把需要交换的数据信息通过USB 2.0端口进行传输，从而达到数据交换的目的。
瑞博华 RBH8100 光电隔离 48 通道数字输入 48 通道数字输出 8 路脉冲 4 个编码器接
USB2.0数字、脉冲采集控制板RBH8100光电隔离48通道数字输入48通道数字输出 8路脉冲/4个编码器接口硬件使用说明书北京瑞博华控制技术有限公司二00九年八月光电隔离48通道数字输入48通道数字输出8路脉冲/4个编码器接口这是一款USB接口的脉冲信号、编码器信号、开关量采集与控制综合采集卡 在相同的硬件情况下，通过不同的CPLD编程和驱动程序配合，本板有多种规格，并不断推出新的规格，敬请提出定制要求。
各个规格的说明将补充说明。
RBH8100-1:基本开关量输入输出型：48通道开关量输入，48通道输出RBH8100-9:脉冲及编码器型：48路开关量输入，8路脉冲（4通道编码器） RBH8100-20:高速开关量型：16路开关量输入，速度达到5MHz以上RBH8100-21:高速开关量型：1-4路开关量输入，速度达到80MHz以上RBH8100-30:光电隔离多通道开关量输入，1024通道以上RBH8100-31:光电隔离多通道开关量输输出，1024通道以上RBH8100-41:光电隔离多通道脉冲计数输入，512通道以上RBH8100-42:光电隔离多通道脉冲测周期输入，512通道以上一、性能特点：本板采用USB2.0总线接口。
有脉冲信号、编码器信号、开关量输入与输出等功能。
本板通过采用高密度CPLD逻辑芯片、成熟的硬件及软件设计技术、精细地布线以及优良的制版工艺，实现了高速、高精度实时脉冲与开关量采集，具有以下性能特点：1、采用USB2.0接口,光电隔离模拟量采集。
一方面满足高速采集的速率要求，另一方面满足USB接口在工业现场的可靠性要求。
2、实时连续采集技术。
无论是开关量信号、脉冲信号、还是编码器信号都采用实时连续采集方式，在硬件时钟控制下实时采集，从而实现计数不丢失、开关量状态连续监测的功能。
3、防止串通道技术。
USB接口的采集卡，容易出现通道间串扰，本板采用先进的校验与重发机制，彻底解决了串通道问题，为本产品在工业现场的应用打下基础。
USB接口的几种隔离方案
USB接口的几种隔离方案
王军;孙汉华
【期刊名称】《电子技术应用》
【年(卷),期】2007(33)8
【摘要】目前计算机的USB接口已经大量使用，当一台计算机接多个USB外部设备时，如果这些外部设备或者连接电缆中介入了高电压干扰，就可能会烧坏计算机的USB口甚至主板。
下面介绍几种对USB接口的隔离保护方案。
【总页数】2页(P163-164)
【作者】王军;孙汉华
【作者单位】武汉波仕电子有限公司,湖北,武汉,430074;武汉波仕卡科技有限公司,湖北,武汉,430074
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
1.数字隔离器为2W隔离式DC-DC电源设计提供替代方案 [J], Brian Kennedy
2.扩展89C51单片机USB接口的方案研究 [J], 王小林
3.隔离并交换着--浪潮网泰安全隔离网闸解决方案 [J], 梁超
4.飞思卡尔支持通用充电解决方案的Micro-USB接口IC MC34825EPR2 [J],
5.IDT ZSLS7031隔离和非隔离反激LED驱动方案 [J],
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USB实现隔离的四种方法分析
USB实现隔离的四种方法分析目前在办公室和家庭中使用的标准信息处理设备—个人电脑（PC），使用通用串行总线（U S B）与大多数外设进行通讯。
标准化、低成本及软件和开发工具的支持已使个人电脑成为医疗和工业应用很具吸引力的主处理器平台，但这些增长中的市场对安全性和可靠性要求（特别是在电气隔离方面）与一直以来推动个人电脑发展的办公室环境有很大不同。
早期的个人电脑以串行和并行端口作为与外部世界连接的标准接口。
这些标准是从最早的大型计算机继承而来的。
另一个可用的通讯标准R S-232 接口，虽然速度慢，但因为可简单地实现所需要的鲁棒隔离，很适合医疗和工业环境。
由于得到广泛使用并有良好的支持，人们容忍了其速度低和点对点的缺点。
USB接口已取代R S-232，成为个人电脑及其外设的标准端口，其特性几乎在所有方面都远远优于较老的串行端口。
然而，对于要求隔离的医疗和工业应用，由于实现隔离的难度大且成本高，USB一直主要用作诊断端口和临时连接。
本文讨论了对USB实现隔离的各种方法。
值得特别介绍的是，ADI公司现提供了一个新的可选方案—ADuM41601 USB隔离器。
这一突破性产品可简单廉价地实现外设隔离（特别是D+和D-线的隔离），提高了USB在医疗和工业应用中的使用价值。
关于通用串行总线USB是个人电脑的首选串行接口。
该接口得到所有常用的商业操作系统的支持，且允许硬件和驱动器热插拔。
一台主机可以集中星型方式连接多达127 个设备。
许多数据传输模式可处理存储设备的大批量数据传输、流媒体的同步传输以及时间关键型数据的中断驱动型传输（如鼠标移动）等各类传输。
USB以三种数据传输速率运行：低速（1.5Mbps）、全速（12Mbps）和高速（480Mbps）。
该规范创建后强化了消费应用，这些应用要求连接必须简单且具有鲁棒性，由控制器和物理层信令来解决复杂性的问题。
USB物理层只包含4条线：两条向外设提供5V电源和地，另外两条（D+和D-）构成可传递差分数据的双绞线对（图1）。
USB接口的几种隔离方案
USB接口的几种隔离方案武汉波仕电子有限公司目前计算机的USB接口已经大量使用，一般每台计算机都有2到4个USB口。
当一台计算机接多个USB外部设备时，如果这些外部设备或者连接电缆中介入了高电压干扰，就可能会烧坏计算机的USB口甚至主板。
本文介绍的就是几种对USB接口的隔离保护方案。
波仕电子的USB光电隔离技术原理见图1，其中D+、D-为USB信号，“光发射”是其中一个光电隔离器的LED（发光二极管），而“光接收”是另外一个光电隔离器的光敏三极管及其信号放大电路。
图1的电路只画出了全部的一半，另外一半是完全一样的，只是将“光发射”对准另外一半电路中的“光接收”（整个为一个光电隔离器）、将“光接收”对准另外一半电路中的“光发射”（整个为另外一个光电隔离器）。
图1图1为将USB信号（D+、D—）转换为光信号的原理框图。
USB信号检测电路（1）将D+和D—变换为“或”门输出DOR1和差分比较器输出RCV1。
一双可控三态缓冲器（2）通过控制端EN来控制逻辑“通”与“端”。
当EN=“0”时，DOR=DOR1、RCV=RCV1。
而当EN=“1”时，DOR和RCV为高阻状态。
光发射驱动电路（3）将DOR和RCV转换为三种光强度（亮、半亮、暗）。
光接收电路（4）将接收到的三种光强度（亮、半亮、暗）恢复为D+和D—的三种状态。
光接收电路（4）的输出之一H的状态变化触发单稳延时电路（5）。
单稳延时电路（5）的输出EN平时（即USB信号处于闲置状态时）为“0”，当其输入H有下降延（即由“1”变为“0”）时输出EN由“0”变为“1”并且保持为“1”大约1000us，然后恢复为“0”。
另一双可控三态缓冲器（2）通过控制端EN来控制来控制逻辑“通”与“断”，当EN=“1”时，VP=H、VM=L，而当EN=“0”时输出VP、VM为高阻状态。
图2波仕USB光电隔离器秉承波仕转换器的一贯特色，具有超小型的外形(50*24*70mm)、支持USB2.0全速（12Mbps）速率、隔离2500V电压、无须外接电源、无须驱动程序。
USB 2.0高速端口的ESD保护设计方案
USB 2.0 高速端口的ESD 保护设计方案通用串行总线(USB)高速数据应用也十分普遍，用户在热插拨任何USB 外设时可能会导致ESD 事件。
此外，在离导电表面几英寸的地方也可能发生空气放电，可能损坏USB 接口及芯片。
因此，设计人员必须为USB 元件提供ESD 保护。
业界制定了不少针对不同瞬态干扰的ESD 标准，比如针对系统级ESD 事件的IEC61000-4-2 国际标准。
另外还有一些元器件级的ESD 敏感度测试标准，如人体模型(HBM)和机器模型(MM)等。
USB 2.0 高速数据线路应用的半导体ESD 保护元件应当具备下列重要特性：极低电容：将USB 2.0 高速数据线路(480 Mbps)中的信号衰减减至最小；快速动作响应时间(纳秒级)：在ESD 脉冲信号快速上升时保护USB 元件；低泄漏电流：将额定工作条件下的功率消耗减至最低；强固性：能够承受很多次的ESD 事件冲击而不受损伤；小封装：集成型更小封装本文介绍安森美半导体的新的低电容瞬态电压抑制器(TVS)二极管阵列NUP4114UPXV6 的主要特性，并讨论如何为USB 2.0 高速数据线路提供有效的ESD 保护。
NUP4114UPXV6 的特性及配置选择NUP4114UPXV6 是一款非常适合USB 2.0 高速数据线路ESD 保护的TVS 二极管阵列。
该器件具有0.8pF 的极低电容(I/O 线路与地之间的典型电容)，能将USB 2.0 高速数据线路中的信号衰减降至最低。
该器件满足13 kV 接触放电的系统级IEC61000-4-2 标准，并能承受人体模型3B 类(超过8 kV)和机器模型C 类(超过400V)的CMOS 器件级ESD 额定脉冲，具有强固的ESD 保护性能。
此。
医疗系统中的USB隔离解决方案
医疗系统中的USB隔离解决方案通用个人电脑(PC)的广泛普及正在重塑医疗系统的构建方式。
这些医疗系统的核心就是PC，只是采用专门的软件和针对医疗应用定制的功能对其进行了配置。
这种方法降低了成本，缩短了开发时间，因为许多PC 组件的价格已经很低。
这种技术还能与其它系统(如服务技术人员的笔记本电脑)和外设(如打印机、键盘和鼠标)实现更好的互操作。
然而，由于标准PC 接口缺少直接、具有成本效益的隔离方案，这种技术的应用有时会很受到阻碍。
这是ADI 公司的单芯片USB 隔离器，利用内部稳压器可以在5V USB 电源或系统提供的3.3V 电源下工作。
RS-232 是一种很容易隔离的PC 通信端口，但正在被逐步淘汰，让位于一种更具鲁棒性、更高速度的接口USB，而且带这种接口的外设已经相当多。
然而，这种接口与RS-232 不同，很难进行隔离，因为它是差分和双向接口。
直到最近，USB 隔离还需要使用多个USB 控制器、隔离器和其它元件，不仅增加了成本，而且延长了开发时间。
现在，新的USB 隔离技术已出现，它可将隔离医疗设备中USB 所需的全部功能集成在一起，不需要额外的元件，无需修改主机或外设软件就能直接将其插入到USB 信号路径中。
隔离式接口医疗系统使用隔离来保护操作人员、病人或系统本身的安全。
隔离也能将系统某个部件产生的噪声与另一个对噪声更敏感的部件隔离开来。
凡需要安全性的应用场合，隔离器件都要受到像UL 和IEC 等组织设立的标准约束，所适用的标准取决于具体应用。
例如，IEC 60601 规定了对医疗设备的安全性要求，而IEC 60950 适用于信息技术设备。
下面介绍在安全性标准中与医疗系统的隔离等级或质量有关的一些特定术语：。
UPort_1150_1150I
UPort™ 1150/1150I
USB转1口RS-232/422/485串口适配器，带光电隔离保护
UPort™ 1150
UPort™ 1150I
› 兼容USB 2.0标准 › USB数据传输速率为12 Mbps › 软件可选RS-232，RS-422，4线RS-485和2线RS-485 › 驱动支持Windows，Winows CE 5.0和Linux › 内建15 KV ESD全信号保护 › 2 KV光电隔离保护（UPort™ 1150I） › 提供全Modem信号 › LED状态灯指示（UPort™ 1150I）
USB转串口适配器 UPort™ 1150/1150I
订购信息
可选产品 UPort™ 1150：USB转1口RS-232/422/485串口适配器 UPort™ 1150I：USB转1口RS-232/422/485串口适配器，带 光电隔离保护
3-6
包装清单 • UPort™ 1150或UPort™ 1150I • 1个Mini DB9孔式转端子排配件 • 尼龙材质USB线缆 • 文档和软件CD • 快速安装向导（打印版） • 产品保修卡
1150/1150I兼容新旧RS-232/422/485设备，尤其适合移动、 测量和零售行业的应用。
电源来添加串口，大大节省了安装的时间和费用。
右下角显示U Po r t™图标。将鼠标放到U Po r t™图标上稍候 片刻之后，系统会弹出相关串口的数量。当同一个系统安装 多个U Po r t™之后，系统会弹出的信息将显示所有串口的数 量。
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USB转串口适配器 UPort™ 1150/1150I
即插即用
UPort™ 1150/1150I USB转串口适配器可以通过笔记本或 工作站的USB接口扩展1个RS-232/422/485串口。UPort™
工业级USB转RS485
产品名称：工业级USB转RS485光电隔离型(插线端子式) ★产品简介BJ1401B是一款通过USB扩展出一路RS-485接口的工业级光电隔离转换器。
它能够使RS-485设备轻易的与具备USB接口的电脑主机相连。
其虚拟串口所提供的透明的传输模式使原来针对标准计算机串口所编写的应用程序，无须做任何更改即可实现与RS-485设备的连接。
BJ-1401B在具备光电隔离的同时，还在RS-485端和USB端加入了防雷防浪涌保护措施，更大程度地保护您的计算机免于来自RS-485线路的静电、雷击和浪涌以及地电位差所造成的伤害，使其更适合于工业应用。
本产品适合那些对系统安全性有较高要求的场合。
★产品特点※USB总线供电，无须外接电源，即插即用※串行口端为RS-485接口※RS-485通信，无工作方式选择开关/跳线，直接将RS-485设备与BOK-1401B连接即可使用※RS-485端采用先进的自动流控技术，可自动识别RS-485信号流向※通过建立虚拟串口实现完全透明的传输模式，用户无须对应用软件做任何更改即可使用※RS-485端物理接口为接线柱形式，方便现场接线※USB端物理接口为标准USB插座，随产品附带一条USB线，方便与计算机的连接※提供电源（PWR）、发送（TXD）和接收（RXD）三个指示灯，方便用户查看通信状态※串口端与USB接口端之间具备3000V的光电隔离保护，可有效保护计算机主设备免于来自RS-485设备的静电、雷击、浪涌以及地电位差等造成的损害※RS-485端具备600W浪涌保护功能，更有效的保护产品自身免于浪涌和雷击的破坏※铁质金属外壳，安装方便（可实现壁挂式安装和工业导轨安装等安装方式）※支持包括Windows在内的绝大多数操作系统★性能指标支持系统支持Windows98/ME/2000/XP（推荐Win2000及以上系统）支持App OS8/OS9支持Redhat8/9USB端接口协议符合USB V ersion1.1规范USB端物理接口USB插座串口电气标准符合EIA/TIA RS-485标准串口端物理接口3孔接线柱串口端信号RS-485：A、B、GND通信制式RS-485：两线半双工串口通信速率75bps～120kbpsRS-485端支持点数最多64个节点（标准负载）供电方式USB口供电,无需外接电源串口防雷保护RS-485端：7 ～8V(600W /ms)串口静电保护电压15kV隔离电压3000V工作电流18～20mA静态工耗<0.1W工作温度-40℃～75℃湿度0～95%（不冷凝）★典型应用：★应用范围：适用于对系统的安全性和稳定性要求较高的工控自动化系统、数据采集系统、监控系统等行业领域。
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的光电隔离保护方案
目前计算机的USB接口已经大量使用，一般每台电脑都有2到4个USB口。
当一台电脑同时接多个USB外部设备时，如果这些外部设备介入了高电压干扰，就可能会烧坏电脑的USB口甚至电脑以及外设。
目前电脑的几种通信接口中，MODEM口以及以太网接口由于本身具有变压器隔离所以不容易损坏，而RS-232串口也可以选用波仕的RS-232光电隔离器来进行有效的保护，只有USB 以及类似的1394接口目前还没有方便的隔离保护方案。
本文提供了一种对USB 信号进行光电隔离的电路，可以使USB的接口得到保护.
实现原理
图1为将USB信号(D+、D—)转换为光信号的原理框图。
USB信号检测电路(1)将D+和D—变换为“或”门输出DOR1和差分比较器输出RCV1。
一双可控三态缓冲器(2)
(通过控制端EN来控制逻辑“通”与“端”。
当EN=“0”时，DOR=DOR1、RCV=RCV1。
而当EN=“1”时，DOR和RCV为高阻状态。
光发射驱动电路(3)将DOR和RCV转换为三种光强度(亮、半亮、暗)。
光接收电路(4)将接收到的三种光强度(亮、半亮、暗)恢复为D+和D—的三种状态。
光接收电路(4)的输出之
一H的状态变化触发单稳延时电路(5)。
单稳延时电路(5)的输出EN平时(即USB 信号处于闲置状态时)为“0”，当其输入H有下降延(即由“1”变为“0”)时输出EN 由“0”变为“1”并且保持为“1”大约1000us，然后恢复为“0”。
另一双可控三态缓冲器(2)通过控制端EN来控制来控制逻辑“通”与“断”，当EN=“1”时，VP=H、VM=L，而当EN=“0”时输出VP、VM为高阻状态。
具体实施方式
图2将USB信号转换为光信号的具体电路图
图2为将USB信号转换为光信号的具体电路图。
假设USB为全速状态(12M)，此时D+通过大约1.5KΩ的电阻接+5V电源。
平时USB信号处于闲置(Idle)状态，此时D+为“1”(高电平，大约3至5V)，D—为逻辑“0”(低电平，大约0至1.4V)。
IC1为“或”门。
IC2、IC4、IC5和IC6为可控三态缓冲器。
其中，IC2和IC4是当其控制信号EN为“0”时导通的，而IC5和IC6是当其控制信号EN为“1”时导通的。
由于IC2和IC4在不导通时(即EN为“1”时)输出为高阻状态，所以在IC2的输出端加了上拉电阻R1、在IC4的输出端加了上拉电阻R2。
IC3、IC10和IC11是比较器。
IC7是单稳触发电路由输入端(信号VP)下降沿触发，输出EN平时为“0”。
当IC7的输入端出现一个下降沿时，其输出端将出现一个持续时间大约1000us 的“1”状态，然后恢复为“0”。
IC7的输出信号EN通过控制IC2、IC4、IC5和IC6来控D+、D—的“收/发”状态。
由于EN平时为“0”，所以平时允许接收D+和D—(IC2、IC4导通)，而禁止发送信号到D+和D—上(IC5和IC6输出为高阻态)。
IC8是一个复合逻辑电路，其输入、输出以及光发射二极管的光强度关系如表1：
IC8的输出A和B是具有足够电流驱动能力的电压，通过电阻R3和R4送给光发射二极管IC12。
光发射二极管IC12的输出光强度大致正比于输入电流。
当A和B同时为“1”时，通过光发射二极管的电流最大，所以此时光强度状态称为“全亮”。
当A为“1”、B为“0”时，电流只有大约一半，此时光强度状态为“半亮”。
当A为“0”、B为“0”时，电流为0，此时光强度状态为“暗”。
IC13为光接收器。
由于如图描述的电路是实际产品的一半，即在相互光电隔离的两个USB口各加一个这样的USB转光的电路，所以IC13光接收器接对方电路的光发射二极管的光(即通过光电耦合器)。
IC13接收光，IC13的输出为与接收到的光的强度大致成正比的电压。
无接收光时(即对方发射的光强度为“暗”)，IC13的输出V0大约为0。
由于比较器IC10、IC11的负端输入电压都大于0，所以IC10和IC11的输出的逻辑状态均为“0”，即H=“0”且L=“0”。
当对方光发射强度为“全亮”时，IC13的输出电压比V1和V2都大(V1、V2的值都可通过调节电阻R5、R6和R7的值得到)，所以IC10、IC11的输出的逻辑状态为H=“1”且L=“1”。
当对方光发射强度为“半亮”时，IC13的输出电压比V1大而比V2小(V1、V2的值都可通过调节电阻R5、R6和R7的值得到)，所以IC10、IC11的输出的逻辑状态为H=“0”且L=“1”。
IC9是一个复合逻辑电路，其输入与输出以及接收光强度的关系如表2。
输入与输出以及接收光强度的关系表
对于全速USB的信号，平时闲置状态(Idle)时D+为逻辑“1”、D—为逻辑“0”，所以IC1、IC2的输出为“1”，IC3、IC4的输出为“1”，这样根据表1可知输出光强度为“暗”。
当光强度为“暗”时，根据表2传到对方电路的光接收器并经过对方电路的IC9后的输出为VP=“1”、VM=“0”。
一旦USB开始传输数据，则D+和D—的信号逻辑状态发生变化。
全速USB的信号状态变化为：D+由“1”变成为
“0”，D—由“0”变成为“1”。
上位机的USB信号状态先出现变化，此时IC1和IC2的输出仍然为“1”，IC3和IC4的输出变成为“0”。
根据表1，光发射二极管将由“暗”变成为“全亮”。
“全亮”的光通过光电耦合器传到对方电路(与本专利描述的一样)的光接收管。
根据表2，对方电路的VP由“1”变为“0”，VM由“0”变为“1”。
对方电路的VP由“1”变为“0”就是说这个VP 产生了一个下降沿，从而触发了对方电路的IC7，使IC7的输出EN由“0”变为“1”并且保持“1”大约1000us(然后又恢复为“0”)。
对方电路的VM由“0”变为“1”从而使对方电路的USB信号由禁止发送(EN=“0”)变为禁止接收(EN=“1”)。
此时对方电路的VP和VM可以通过对方电路的IC5和IC6传给对方电路的D+和D—，从而使上位机的USB信号在1000us内通过光电耦合器传到对方电路(即：下位机)的D+和D—线上。
在这1000us内可以过光电耦合器传输三种D+和D—状态：①、D+为“1”且D—为“0”(代表闲置状态以及数据“1”)②、D+为“0”且D—为“1”(代表数据“0”)③、D+为“0”且D—为“0”(代表数据传输结束标志)。
这三种状态可以表达USB信号的所有状态(D+为“1”且D—为“1”的状态是禁止的)。
前面已经描述了如何通过光强度的“暗”代表状态①、“全亮”代表状态②。
而状态③恰好是通过光强度的“半亮”来表示，具体描述如下：当D+和D—处于状态③时，D+和D—都为“0”，IC1和IC2的输出为DOR=“0”，根据表1，此时光发射二极管的强度为“半亮”。
“半亮”的光传输到对方电路的光接收管IC12并且经过对方电路的比较器IC10和IC11，输出为H=“0”、L=“1”。
根据表2，对方电路IC9个输出为VP=VM=“0”。
而在单稳电路输出为“1”的1000us内正好将这个状态③传输给对方电路的D+和D—(均为“0”)。
在大约1000us的时间内，恰好上位机向下位机传输一帧USB数据完毕，并
且等待下位机回传应答信号。
1000us结束后，下位机的IC7的输出EN恢复为“0”，此时下位机的USB数据状态先变化。
下位机的USB数据传输到上位机的过程与前面描述的上位机的USB数据传输到下位机的过程原理完全一样。
对于高速USB(480M)，由于传输一帧数据的时间减少了，所以单稳电路的延时时间要相应减小。