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フル/ロー・スピード
5 kV USBデジタル・アイソレータ
ADuM4160
特長
USB 2.0 に互換
ロー・スピードとフル・スピードのデータレートをサポート: 1.5
Mbps と 12 Mbps
双方向通信
4.5 V～5.5 V の V
BUS
での動作
7 mA の最大アップストリーム電源電流、1.5 Mbps
8 mA の最大アップストリーム電源電流、12 Mbps
2.3 mA の最大アップストリーム・アイドル電流
アップストリーム短絡保護機能
ANSI/ESD STM5.1-2007 準拠のクラス 3A コンタクト ESD 性能
高温動作: 105°C
高い同相モード・トランジェント耐性: 25 kV/µs 以上
16 ピン SOIC ワイド・ボディ・パッケージ・バージョン
16 ピン SOIC ワイド・ボディ・クリーペッジ強化型バージョン
RoHs 準拠製品
安全性規定の認定(RI-16 パッケージ)
UL 認定: 5,000 V rms 1 分間の UL 1577 規格
「CSA Component Acceptance Notice #5A」に準拠
IEC 60601-1: 250 V rms (強化)
IEC 60950-1: 400 V rms (強化)
VDE の適合性認定済み
DIN V VDE V 0884-10 (VDE V 0884-10): 2006-12
V
IORM
= 846 V peak
アプリケーション
USB ペリフェラルのアイソレーション
絶縁型 USB ハブ
医用アプリケーション
概要
ADuM4160
1
は、アナログ・デバイセズの iCoupler®技術を採用した
USB ポート・アイソレータです。これらのアイソレーション部品
は高速 CMOS とモノリシック中空コア・トランス技術の組み合わ
せにより、優れた性能特性を提供し、ロー・スピードとフル・ス
ピードの USB 互換ペリフェラル・デバイスに容易に組込むことが
できます。
機能ブロック図
V
BUS1
1
GND
1
V
DD1
2
3
REG
PDEN
4
SPU
5
REG 16
V
BUS2
15
GND
2
14
V
DD2
13
SPD
12
PIN
UD– 6 11 DD–
UD+ 7
GND
1
8
10
DD+
9 GND
2
PU LOGIC PD LOGIC
図 1.
多くのマイクロコントローラは USB を内蔵し、D+ラインと D−ラ
インのみを外部ピンに取り出しています。これは、外付け部品数
を少なくし、デザインを簡素化するため多くの場合に望ましいこ
とですが、アイソレーションが必要な場合には特に困難が生じま
す。 USB ラインでは、D+/D−をアクティブに駆動する動作と(デー
タ受信
)、外部抵抗にバス状態を設定させる動作との間で動作を自
動的に切り替える必要があります。このため、 ADuM4160 はデー
タ・フローの方向を検出し、出力バッファの状態を制御するメカ
ニズムを提供します。データ方向はパケットごとに決定されます。
ADuM4160 では、iCoupler 技術を採用したエッジ検出と内部ロジ
ックとの組み合わせにより、トランスペアレントで設定が容易な
アップストリーム用ポート・アイソレータを構成しています。ア
ップストリーム・ポートをアイソレーションすると、簡素性、パ
ワー・マネジメント、強固な動作について幾つかの利点が得られ
ます。
アイソレータでは、標準のハブやケーブルと同等の伝搬遅延が生
じます。
4.5 V～5.5 V の範囲のいずれかの側のバス電圧で動作す
るため、電圧をシグナリング・レベルに内部で安定化することに
より、
V
BUS
に直接接続することができます。
ADuM4160 がプルア
ップ抵抗の絶縁型制御を提供するため、ペリフェラルは接続タイ
ミングを制御することができます。デバイスのアイドル電流は十
分小さいため、停止モードは不要です。 2.5 kV バージョンの
ADuM3160 も提供しています。
1 米国特許 5,952,849; 6,873,065; 7,075,329 により保護されています。その他
の特許は申請中です。
Rev. C
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電話 06（6350）6868
目次
..............................................................................1
..................................................................................1
..............................................................................................2
......................................................................................3
パッケージ特性 ..............................................................................4
..........................................................................................4
絶縁および安全性関連の仕様 ......................................................5
DIN V VDE V 0884-10 (VDE V 0884-10)絶縁特性 ......................5
推奨動作条件 ..................................................................................6
絶対最大定格 ......................................................................................7
改訂履歴
10/10—Rev. B to Rev. C
Changes to Features and General Description Section .........................1
Changes to Endnote 3 in Table 1 and Table 3 .......................................4
Changes to Table 4 ...............................................................................5
Changes to Table 7 and Table 8 ............................................................7
Updated Outline Dimensions..............................................................14
Changes to Ordering Guide ................................................................14
8/10—Rev. A to Rev. B
Change to Data Sheet Title ...................................................................1
Changes to Features Section.................................................................1
Changes to Applications Section ..........................................................1
Changes to General Description Section ..............................................1
Changes to Table 3 ...............................................................................4
9/09—Rev. 0 to Rev. A
Added USB Logo, Reformatted Page 1................................................1
7/09—Revision 0: Initial Version
ADuM4160
ESD の注意......................................................................................7
ピン配置およびピン機能説明 ...........................................................8
アプリケーション情報 ....................................................................10
機能説明 ........................................................................................10
................................................................................10
アップストリーム・アプリケーションの互換性 .....................10
............................................................................11
プリント回路ボード (PCB)のレイアウト...................................11
DC 精度と磁界耐性 ......................................................................11
絶縁寿命 ........................................................................................12
............................................................................................14
オーダー・ガイド ........................................................................14
Rev. C
－ 2/14 －
仕様
ADuM4160
電気的特性
4.5 V ≤ V
BUS1
≤ 5.5 V、4.5 V ≤ V
BUS2
≤ 5.5 V; 3.1 V ≤ V
DD1
≤ 3.6 V、3.1 V ≤ V
DD2
≤ 3.6 V; 特に指定がない限り、すべての最小/最大仕様は全推
奨動作範囲に適用されます ; すべての typ 仕様は T
A
= 25°C、V
DD1
= V
DD2
= 3.3 V で規定します。各電圧はそれぞれのグラウンドを基準とし
ます。
表 1.
DC SPECIFICATIONS
Total Supply Current
1.5 Mbps
V
DD1
or V
BUS1
Supply Current
V
DD2
or V
BUS2
Supply Current
12 Mbps
V
DD1
or V
BUS1
Supply Current
V
DD2
or V
BUS2
Supply Current
Idle Current
V
DD1
or V
BUS1
Idle Current
Input Currents
Single-Ended Logic High Input Threshold
Single-Ended Logic Low Input Threshold
Single-Ended Input Hysteresis
Differential Input Sensitivity
Logic High Output Voltages
Logic Low Output Voltages
V
DD1
and V
DD2
Supply Undervoltage Lockout
V
BUS1
Supply Undervoltage Lockout
V
BUS2
Supply Undervoltage Lockout
Transceiver Capacitance
Capacitance Matching
Full Speed Driver Impedance
Impedance Matching
V
HST
0.4 V
V
DI
V
OH
V
OL
V
UVLOB2
C
IN
V
UVLOB1
3.5
3.5
XD+
− V
XD−
|
2.8 3.6 R
L
= 15 kΩ, V
L
= 0 V
V
UVLO
2.4 3.1
= 1.5 kΩ, V
L
4.35 V
4.4 V
10 %
Z
OUTH
4 20 Ω
10 %
I
DD1 (L)
I
DD2 (L)
I
DD1 (F)
I
DD2 (F)
5
5
6
7
7
8 mA mA mA
750 kHz logic signal rate C
L
= 450 pF
750 kHz logic signal rate C
L
= 450 pF
6 MHz logic signal rate C
L
= 50 pF
6 MHz logic signal rate C
L
= 50 pF 6 8 mA
I
I
DD1 (I)
1.7 2.3
DD−
I
UD+
, I
DD+
, I
UD−
,
,
I
SPD
, I
PIN
,
I
SPU
, I
PDEN
, V
DD+
, V
UD+
,V
UD−
, V
SPD
, V
PIN
,
V
SPU
, V
PDEN
≤ 3.0
V
IH
V
IL
2.0 V
= 3.6 V
SWITCHING SPECIFICATIONS, I/O PINS LOW SPEED
Low Speed Data Rate
Propagation Delay
t
PHLL
, t
PLHL
1.5 Mbps C
L
= 50 pF
325 ns C
L
= 50 pF, SPD = SPU = low V
DD1
, V
DD2
= 3.3 V
Side 1 Output Rise/Fall Time (10% to 90%) Low Speed t
RL
/t
FL
75 300 C
L
= 450 pF SPD = SPU = low V
DD1
,
V
DD2
= 3.3 V
Low Speed Differential Jitter, Next Transition
Low Speed Differential Jitter, Paired Transition
|t
LJN
|t
LJP
SWITCHING SPECIFICATIONS, I/O PINS FULL SPEED
Full Speed Data Rate
Propagation Delay
Output Rise/Fall Time (10% to 90%) Full Speed
Full Speed Differential Jitter, Next Transition
Full Speed Differential Jitter, Paired Transition t
PHLF
, t
PLHF
20
12
60
Mbps C
L
= 50 pF
70 ns C
L
= 50 pF SPD = SPU = high, V
DD1
,
V
DD2
= 3.3 V t
RF
/t
FF
4 20 ns
L
= 50 pF SPD = SPU = high, V
DD1
,
V
DD2
= 3.3 V
|t
FJN
|t
FJP
Rev. C
－ 3/14 －
ADuM4160
For All Operating Modes
Common-Mode Transient Immunity
At Logic High Output
H
| 25 35 kV/µs V
UD+
, V
UD−
, V
DD+
, V
DD−
= V
DD1
or V
DD2
,
V
CM
= 1000 V, transient magnitude = 800
V
At Logic Low Output
|CM
L
| 25 35 kV/µs V
UD+
, V
UD−
, V
DD+
, V
DD−
= 0 V, V
CM
=
1000 V, transient magnitude = 800 V
1
J 状態と K 状態を交互に切り替え、50% デューティ・サイクル、固定連続データ・レートで動作するデバイスの電源電流値。 電源電流値は、USB 準拠の出力負荷を
接続して規定。
2
いずれかの信号方向のロー・スピードの DD+ から UD+へまたは DD−から UD−への伝搬遅延は、立上がりまたは立下がりエッジの 50%レベルから対応する出力信号
の立上がりまたは立下がりエッジの 50%レベルまでで測定。
3
CM
H
は、
V
O
> 0.8 V
DDx
を維持している間に維持できる同相モード電圧の最大スルーレートです。
CM
L
は
V
O
< 0.8 V を維持している間に維持できる同相モード電圧の
最大スルーレートです。同相モード電圧スルーレートは、同相モード電圧の立上がりと立下がりの両エッジに適用されます。 過渡電圧振幅は、同相モードの平衡が
失われる範囲を表します。
パッケージ特性
表 2.
Resistance (Input to Output)
Input Capacitance
R
I-O
C
I-O
10
12
2.2
Ω pF f = 1 MHz
C
I
4.0
IC Junction-to-Ambient Thermal Resistance θ
JA
45 Thermocouple located at center of package underside
1
デバイスは 2 端子デバイスと見なします。 すなわち、ピン 1～ピン 8 を相互に接続し、ピン 9～ピン 16 を相互に接続します。
2
入力容量は任意の入力データ・ピンとグラウンド間。
適用規格
ADuM4160 は、表 3に記載する組織の認定を取得しています。特定のクロスアイソレーション波形と絶縁レベルに対する推奨最大動作電
表 3.
UL
Recognized under 1577 component recognition program
CSA
Approved under CSA Component
Acceptance Notice #5A
VDE
Certified according to DIN V VDE V 0884-
10 (VDE V 0884-10):2006-12
Single Protection
5000 V rms Isolation Voltage
Basic insulation per CSA 60950-1-03 and IEC 60950-1, 600 V rms (848 V peak) maximum working voltage
Reinforced insulation per CSA 60950-1-03 and IEC 60950-1,
380 V rms (537 V peak) maximum working voltage, RW-16 package.
Reinforced insulation per CSA 60950-1-03 and IEC 60950-1,
400 V rms (565 V peak) maximum working voltage, RI-16 package.
Reinforced insulation per IEC 60601-1 125 V rms (176 V peak) maximum working voltage, RW-16 package.
Reinforced insulation per IEC 60601-1 250 V rms (353 V peak) maximum working voltage, RI-16 package.
Reinforced insulation, 846 V peak
File E214100 File 205078 File 2471900-4880-0001
1
UL1577 に従い、絶縁テスト電圧 6,000 V rms 以上を 1 秒間加えて各 ADuM4160 を確認テストします(リーク電流検出規定値 = 10µA)。
2
DIN V VDE V 0884-10 に従い、各 ADuM4160 に 1,050 Vpeak 以上の絶縁テスト電圧を 1 秒間加えることによりテストして保証されています(部分放電の検出規定値＝5 pC)。 (*)マーク付のブランドは、DIN V VDE V 0884-10 認定製品を表します。
Rev. C
－ 4/14 －
絶縁および安全性関連の仕様
表 4.
ADuM4160
Rated Dielectric Insulation Voltage
Minimum External Air Gap (Clearance)
Minimum External Tracking (Creepage) RW-16 Package
Minimum External Tracking (Creepage) RI-16 Package
Minimum Internal Gap (Internal Clearance)
Tracking Resistance (Comparative Tracking Index)
Isolation Group
L(I01)
L(I02)
L(I02)
CTI
5000
8.0 min
7.7 min
8.5 min
0.017 min
>175
IIIa
V rms 1 minute duration mm mm
Measured from input terminals to output terminals, shortest distance through air
Measured from input terminals to output terminals, shortest distance path along body mm mm
V
Measured from input terminals to output terminals, shortest distance path along body
Insulation distance through insulation
DIN IEC 112/VDE 0303 Part 1
Material Group (DIN VDE 0110, 1/89, Table 1)
DIN V VDE V 0884-10 (VDE V 0884-10)絶縁特性
これらのアイソレータは、安全性制限値データ以内でのみ強化された電気的アイソレーションを満たします。安全性データの維持は、保
護回路を使って確実にする必要があります。パッケージに (*)マークが付いたブランドは、DIN V VDE V 0884-10 認定製品を表します。
表 5.
Description Conditions
Installation Classification per DIN VDE 0110
For Rated Mains Voltage ≤ 150 V rms
For Rated Mains Voltage ≤ 300 V rms
For Rated Mains Voltage ≤ 400 V rms
Climatic Classification
Pollution Degree per DIN VDE 0110, Table 1
Maximum Working Insulation Voltage
Input-to-Output Test Voltage, Method b1 V
IORM
× 1.875 = V discharge < 5 pC
PR
, 100% production test, t m
= 1 sec, partial
Input-to-Output Test Voltage, Method a
After Environmental Tests Subgroup 1
After Input and/or Safety Test Subgroup 2 and
Subgroup 3
Highest Allowable Overvoltage
Safety-Limiting Values
Case Temperature
Side 1+ Side 2 Current
Insulation Resistance at T
S
V
V
IORM
IORM
× 1.6 = V
× 1.2 = V
PR
PR
, t
, t m m
= 60 sec, partial discharge < 5 pC
= 60 sec, partial discharge < 5 pC
Transient overvoltage, t
V
IO
= 500 V
= 10 seconds
Maximum value allowed in the event of a failure
TR
600
I to IV
I to III
I to II
40/105/21
2
V
IORM
846
V
PR
1590
V
PR
1375
1018
V
TR
6000
T
S
150
I
S1
550
R
S
>10
9
V peak
V peak
°C mA
Ω
500
400
300
200
100
0
0 50 100 150
AMBIENT TEMPERATURE (°C)
200
図 2.熱ディレーティング・カーブ、DIN V VDE V 0884-10 による安全な規定値のケース温度に対する依存性
Rev. C
－ 5/14 －
推奨動作条件
表 6.
ADuM4160
Operating Temperature
Supply Voltages
T
A
V
BUS1
, V
BUS2
−40 +105 °C
Input Signal Rise and Fall Times 1.0
1
すべての電圧はそれぞれのグラウンドを基準とします。 外部磁界耐性については、DC 精度と磁界耐性のセクションを参照してください。 ms
Rev. C
－ 6/14 －
絶対最大定格
特に指定のない限り、周囲温度は 25°C です。
表 7.
Storage Temperature (T
ST
)
Ambient Operating Temperature (T
A
)
Supply Voltages (V
BUS1
, V
BUS2
V
DD2
)
, V
DD1
,
Upsream Input Voltage
(V
UD+
,V
UD−
, V
SPU
)
−65°C to +150°C
−40°C to +105°C
−0.5 V to +6.5 V
−0.5 V to V
DD1
+ 0.5 V
Downstream Input Voltage
(V
DD+
, V
DD−
, V
SPD
, V
PIN
Average Output Current per Pin
Side 1 (I
O1
)
Side 2 (I
O2
)
Common-Mode Transients
−0.5 V to V
DD2
+ 0.5 V
−10 mA to +10 mA
−10 mA to +10 mA
−100 kV/µs to +100 kV/µs
1
すべての電圧はそれぞれのグラウンドを基準とします。
2
V
DDI
、 V
BUS1
と V
DD2
、 V
BUS2
はカプラーのそれぞれアップストリーム側とダウン
ストリーム側の電源電圧を表します。
3
.種々の温度に対する最大定格電流値については、図 2 を参照してください。
4
絶縁障壁にまたがる同相モード過渡電圧を表します。 絶対最大定格を超える
同相モード過渡電圧を加えると、ラッチアップまたは恒久的損傷が生ずること
があります。
ADuM4160
上記の絶対最大定格を超えるストレスを加えるとデバイスに恒久
的な損傷を与えることがあります。この規定はストレス定格の規
定のみを目的とするものであり、この仕様の動作のセクションに
ん。デバイスを長時間絶対最大定格状態に置くとデバイスの信頼
性に影響を与えます。
表 8.最大連続動作電圧
1
Parameter Max Unit
AC Voltage, Bipolar
Waveform peak 50-year minimum lifetime
AC Voltage, Unipolar
Waveform
Basic Insulation peak
Reinforced Insulation
846 V approved working voltage per VDE
0884-10
DC Voltage
Maximum approved working voltage per IEC
60950-1
Basic Insulation peak
Maximum approved working voltage per
IEC60950-1
Reinforced Insulation
846 V approved working voltage per VDE
0884-10
1
アイソレーション障壁に加わる連続電圧の大きさを意味します。詳細につい
ては、絶縁寿命のセクションを参照してください。
ESDの注意
ESD（静電放電）の影響を受けやすいデバイスで
す。電荷を帯びたデバイスや回路ボードは、検知さ
れないまま放電することがあります。本製品は当社
独自の特許技術である
ESD 保護回路を内蔵してはい
ますが、デバイスが高エネルギーの静電放電を被っ
た場合、損傷を生じる可能性があります。したがっ
て、性能劣化や機能低下を防止するため、
ESD に対
する適切な予防措置を講じることをお勧めします。
Rev. C
－ 7/14 －
ピン配置およびピン機能説明
ADuM4160
V
BUS1
1
GND
1
*
2
V
DD1
3
PDEN
4
SPU
5
UD–
6
UD+
7
GND
1
*
8
ADuM4160
TOP VIEW
(Not to Scale)
14
13
12
16
15
V
BUS2
GND
2
*
V
DD2
SPD
11
PIN
DD–
10
DD+
9
GND
2
*
NC = NO CONNECT
*PIN 2 AND PIN 8 ARE INTERNALLY CONNECTED, AND CONNECTING
BOTH TO GND
1
IS RECOMMENDED. PIN 9 AND PIN 15 ARE INTERNALLY
CONNECTED, AND CONNECTING BOTH TO GND
2
IS RECOMMENDED.
図 3.ピン配置
表 9.ピン機能の説明
ピン番号 記号 方向 説明
1 V
BUS1
電源 サイド 1 の入力電源。アイソレータが USB バスから 4.5 V～5.5 V の電源の供給を受ける場合は、V
BUS1
と
USB 電源バスを接続してください。アイソレータが 3.3 V 電源から電源の供給を受ける場合は、V
BUS1
と V
DD1
を接続し、次に外部
3.3 V 電源へ接続してください。GND
1
へのバイパスが必要です。
2 GND
1
リターン グラウンド 1。アイソレータ・サイド 1 のグラウンド基準。
3 V
DD1
電源 サイド 1 の電源。アイソレータが USB バスから 4.5 V～5.5 V の電源の供給を受ける場合は、V
DD1
ピンと
GND
1
の間にバイパス・コンデンサを接続してください。
PDEN や SPU のようなプルアップを必要とする信
号ラインは、このピンに接続する必要があります。アイソレータが 3.3 V 電源から電源の供給を受ける場合
は、
V
BUS1
と
V
DD1
を接続し、次に外部
3.3 V 電源へ接続してください。GND
1
へのバイパスが必要です。
4 PDEN
プルダウン・イネーブル。リセットを終了するときこのピンが読出されます。このピンは、標準動作時には
V
DD1
へ接続する必要があります。リセットから抜け出すときに
GND
1
に接続されていると、ダウンストリー
ム・プルダウン抵抗が切り離されて、バッファ・インピーダンスの測定が可能になります。
5 SPU 入力
スピード・セレクト・アップストリーム・バッファ。アクティブ・ハイのロジック入力。
SPU がハイ・レベ
ルのとき、フル・スピードのスルーレート、タイミング、ロジック規則が選択され、 SPU がロー・レベルの
とき、ロー・スピードのスルーレート、タイミング、ロジック規則が選択されます。この入力は
V
DD1
へ接続
してハイ・レベルにするか、 GND
1
へ接続してロー・レベルにする必要があり、さらにピン 13 と一致する必
要があります。
6 UD− I/O アップストリーム D−。
7 UD+ I/O アップストリーム D+。
8 GND
1
リターン グラウンド
1。アイソレータ・サイド 1 のグラウンド基準。
9 GND
2
リターン グラウンド 2。アイソレータ・サイド 2 のグラウンド基準。
10 DD+ I/O ダウンストリーム D+。
11 DD− I/O ダウンストリーム D−。
12 PIN
入力
13 SPD 入力
アップストリーム・プルアップ・イネーブル。 PIN がアップストリーム・ポートのプルアップへの電源接続
を制御します。このピンは、パワーアップ時の動作に対しては
V
DD2
へ、または遅延エミュレーションを必要
とするアプリケーションに対しては外部制御信号へ、それぞれ接続することができます。
スピード・セレクト・ダウンストリーム・バッファ。アクティブ・ハイのロジック入力。
SPD がハイ・レベ
ルのとき、フル・スピードのスルーレート、タイミング、ロジック規則が選択され、 SPD がロー・レベルの
とき、ロー・スピードのスルーレート、タイミング、ロジック規則が選択されます。この入力は
V
DD2
へ接続
してハイ・レベルにするか、 GND
2
へ接続してロー・レベルにする必要があり、さらにピン 5 と一致する必要
があります。
14 V
DD2
15 GND
16 V
BUS2
2
電源 サイド 2 の電源。アイソレータが USB バスから 4.5 V～5.5 V の電源の供給を受ける場合は、V
DD2
ピンと
GND
2
の間にバイパス・コンデンサを接続してください。
SPD のようなプルアップを必要とする信号ライン
は、このピンに接続することができます。アイソレータが 3.3 V 電源から電源の供給を受ける場合は、V
BUS2
と
V
DD2
を接続し、次に外部
3.3 V 電源へ接続してください。GND
2
へのバイパスが必要です。
リターン グラウンド 2。アイソレータ・サイド 2 のグラウンド基準。
電源 サイド 2 の入力電源。アイソレータが USB バスから 4.5 V～5.5 V の電源の供給を受ける場合は、V
BUS2
USB 電源バスを接続してください。アイソレータが 3.3 V 電源から電源の供給を受ける場合は、V
BUS2
と V
DD2
を接続し、次に外部
3.3 V 電源へ接続してください。GND
2
へのバイパスが必要です。
と
Rev. C
－ 8/14 －
ADuM4160
表 10.真理値表、制御信号、電源(正ロジック)
1
V
SPU
Input
H
L
V
BUS1
State
, V
DD1
Powered
Powered
V
UD+
, V
State
UD−
Active
Active
V
SPD
Input
H
L
V
BUS2
State
, V
DD2
Powered
Powered
V
DD+
, V
DD−
State
Active
Active
V
PIN
Input Notes
H
H
Input and output logic set for full speed logic convention and timing.
Input and output logic set for low speed logic convention and timing.
L Powered Active Powered Active
SPU
and V
SPD
must be set to the same value. USB host detects communications error.
H Not allowed: V
SPU
and V
SPD
must be set to the same value. USB host detects communications error.
X Powered Z X Powered Z L Upstream Side 1 presents a disconnected state to the USB cable.
X Unpowered X When power is not present on V
DD1
, the downstream data output drivers revert to high-Z within 32 bit times. The downstream side initializes in high-Z state.
X Powered Z X Unpowered
DD2
, the upstream side disconnects the pull-up and disables the upstream drivers within 32 bit times.
1
H はハイ・レベルの入力または出力を、L はロー・レベルの入力または出力を、X は don’t care を、Z はハイ・インピーダンス出力状態を、それぞれ表わします。
Rev. C
－ 9/14 －
アプリケーション情報
ADuM4160
機能説明
D+/D−ラインでの USB アイソレーションは幾つかの理由で困難な
問題です。 1 つ目は、トランシーバを制御するために、出力イネ
ーブル信号に対するアクセスが必要なことです。アイソレータに
ある程度の知能を組込んで、データ・ストリームを解釈して、ア
ップストリームとダウンストリームの出力バッファをイネーブル
/
ディスエーブルするタイミングを決める必要があります。 2 つ目
は、カプラーの出力側で信号を忠実に再生すると同時に、正確な
タイミングを維持し、無効な SE0 状態や SE1 状態のような過渡状
態を通過させない必要があります。さらに、デバイスは停止モー
ドの低消費電力条件を満たす必要があります。
このため、エッジ検出を採用する iCoupler 技術は USB アプリケー
ションに適しています。デバイスを通過するデータ・フローは、
入力動作をモニタし、アイドル
(J) 状態からの変化に基づいてデー
タ転送の方向を設定することにより実現されます。データ方向が
決定された後データが転送され、エンド・オブ・パケット (EOP)ま
たは十分長いアイドル状態が検出されるまでデータ転送が続きま
す。この時点で、カプラーは出力バッファをディスエーブルして、
次の動作のため入力をモニタします。
データ転送中、カプラーの入力側が出力バッファのディスエーブ
ルを維持します。出力側は出力バッファをイネーブルし、入力バ
ッファからのエッジ検出をディスエーブルします。これにより、
データが一方向に流れるようになり、カプラーから折り返されて iCoupler によりラッチされることはありません。差動バッファと
シングルエンド・バッファの入力スレッショールドの相異により
発生する誤動作をなくするロジックが内蔵されています。入力状
態は、
3 つの有効状態 J、K、SE0 の内の 1 つとしてアイソレーシ
ョン障壁を超えて転送されます。信号は、固定時間遅延後に入力
側差動入力から出力側で再生されます。 iCoupler には特別な停止モードがなく、必要になることもありま
せん。これは、 USB バスのアイドル時に電源電流が停止電流規定
値 2.5 mA より小さくなるためです。
ADuM4160 は、D+/D−ラインをアイソレーションすることにより、
アップストリーム用ロー
/フル・スピードUSBポートとインターフ
ェースするようにデザインされています。アップストリーム用ポ
ートは、
1 つの速度動作のみをサポートするため、速度関連パラ
メータ、 J/Kロジック・レベル、D+/D−スルーレートは、アップス
トリーム用ペリフェラル・ポートの速度と一致するように設定さ
れます
ADuM4160 のダウンストリーム側のコントロール・ラインが、ア
ップストリーム側のプルアップ抵抗をアクティブ化します。これ
により、ダウンストリーム・ポートはアップストリーム・ポート
を USB バスに接続するタイミングを制御できるようになります。
このピンは、初期バス接続を行うタイミングに応じて、ペリフェ
ラル・プルアップ、制御ライン、または V
DD2
ピンに接続するこ
とができます。
製品の使い方
ADuM4160 は、図 4に示すようにアップストリーム用USBポート
を持つ
USBペリフェラルへ組込むようにデザインされています。
主要な設計ポイントは次のようになります。
1. USB ホストから ADuM4160 のアップストリーム側電源をケ
ーブルを通して供給します。
2. ペリフェラル電源から ADuM4160 のダウンストリーム側電源
を供給します。
3. アイソレータの DD+/DD−ラインはペリフェラル・コントロ
ーラとインターフェースし、アイソレータの
UD+/UD−ライ
ンはケーブルまたはホストに接続されます。
4. ペリフェラル・デバイスは、デザイン時に設定された固定デ
ータレートを持ちます。 ADuM4160 は設定ピン SPU と SPD
を持っており、これらのピンを使って、各サイドのバッファ
速度とロジック規約を指定します。これらのピンは、ペリフ
ェラル速度に一致するように独自に設定する必要があります。
5. USB ケーブルのペリフェラル側(ADuM4160 のアップストリ
ーム側 )で UD+ラインまたは UD−ラインがハイ・レベルにな
ると、
USB エミュレーションが開始されます。このイベント
のタイミング制御は、カプラーのダウンストリーム側のピン
入力から行われます。
6. プルアップ抵抗とプルダウン抵抗は、カプラー内部に内蔵さ
れています。。動作には外付けの直列抵抗とバイパス・コン
デンサだけが必要です。
USB
HOST
PERIPHERAL
V
BUS1
DD+
DD–
GND
1
V
DD2
V
BUS2
DD+
ADuM4160
DD–
PIN
3.3V
MICRO-
CONTROLLER
POWER
SUPPLY
図 4.代表的なアプリケーション
プルアップ抵抗の遅延適用以外は、 ADuM4160 は USB トラフィッ
クにとってトランスペアレントであり、アイソレーションを提供
するためにペリフェラル・デザインを変更する必要はありません。
アイソレータにより、ハブやケーブルと同等の伝搬遅延が信号に
加わります。データ・チェーン内の最大ハブ数を求めるとき、絶
縁型ペリフェラルは、組込みハブのように扱う必要があります。
ハブは、他のペリフェラルと同様に絶縁型にすることができます。
絶縁型ハブは、ハブ・チップのアップストリーム・ポートに
ADuM4160 を配置することにより実現することができます。この
構成をハブ
2 個の遅延としてカウントできる場合は、仕様に準拠
していると見なすことができます。ハブ・チップを使うと、
ADuM4160 はフル・スピードで動作することができ、さらにロ
ー・スピード・デバイスと互換性を維持することができます。
アップストリーム・アプリケーションの互換性
ADuM4160 は、USB ペリフェラルのアイソレーション用に特別に
デザインされていますが、このチップは USB ケーブル駆動の電気
的条件を満たす USB インターフェースを 2 つ内蔵しています。こ
れにより、アップストリーム・デバイスおよびダウンストリー
ム・デバイスに対する一般的な接続、さらにホスト・ポートのア
イソレーションを行う絶縁型ケーブルのような、ダウンストリー
ム USB ポートでのアイソレーションを実現することができるよう
になります。
フル準拠のアプリケーションでは、アップストリーム・プルアッ
プの適用に基づいて、ペリフェラルがロー・スピードまたはフ
ル・スピードのいずれであるかをダウンストリーム用ポートが検
Rev. C
－ 10/14 －
出できる必要があります。バッファ規則とロジック規則により、
要求される速度に一致するように調節する必要があります。
ADuM4160 の速度はハードワイヤ・ピンで設定されるため、デバ
イスは即座に様々なペリフェラルに合わせることができません。
ホスト・ポートでの ADuM4160 使用の実用的な方法は、ポートを
1 つの速度で動作させることです。この動作は、組込みホスト・
アプリケーションでは許容できますが、このタイプのインターフ
ェースは、汎用 USB ポートとして完全準拠にはなりません。
絶縁型ケーブル・アプリケーションにも同じ問題があります。ケー
ブル動作は予め設定された速度でのみ動作するため、ケーブル組
み立てを汎用絶縁型ケーブルとしてではなく、カスタム・アプリ
ケーションとして扱ってください。
電源オプション
大部分の
USB トランシーバでは、3.3 V を LDO レギュレータを使
って 5 V USB バスから発生しています。ADuM4160 は、アップス
トリーム側とダウンストリーム側に
LDO レギュレータを内蔵し
ています。 LDO 出力は、V
DD1
ピンと V
DD2
ピンから出力されてい
ます。場合によっては、アイソレーションのペリフェラル側では
特に、 5 V 電源が存在しないことがあります。ADuM4160 は、レ
ギュレータをバイパスして直接 3.3 V 電源で動作する機能を持っ
ています。
2 本の電源ピン(V
BUSx
と V
DDx)
は、両側にあります。 5 V を V
BUSx
に
入力すると、内部レギュレータは 3.3 V を発生して、xD+ドライバ
と xD−ドライバに電源を供給します。V
DDx
ピンからは、外部バイ
パスや外付けプルアップのバイアスを可能にする
3.3 V 電源が供
給されます。 3.3 V のみを使用する場合には、V
BUSx
と V
DDx
に供給
することができます。これにより、レギュレータがディスエーブ
ルされて、カプラー電源が直接 3.3 V 電源から供給されます。
5 に、カプラーのアップストリーム側がUSBバスから直接電源
の供給を受け、ダウンストリーム側がペリフェラル電源から 3.3
Vの供給を受けるときの代表的なアプリケーションの構成方法を
示します。ダウンストリーム側は、 5V V
BUS2
法で接続することができます。
電源から動作するこ
BUS1
と同じ方
ADuM4160
プリント回路ボード(PCB)のレイアウト
ADuM4160デジタル・アイソレータには、ロジック・インターフ
ェース用の外付けインターフェース回路は不要です。フル・スピ
ード動作の場合、デバイスの両側の D+ラインとD−ラインには、
24 Ω ± 1%直列終端抵抗が必要です。これらの抵抗は、ロー・スピ
ード・アプリケーションには不要です。入力電源ピンと出力電源
ピンには電源バイパスが必要です
V
BUSx
と V
DDx
の間にバイパス・コンデンサを接続してください。コ
ンデンサ値は 0.1 µFで、ESRが小さい必要があります。コンデンサ
ピンと電源ピンとの間の合計リード長は
10 mmを超えないように
します。各パッケージ側のグラウンド対がパッケージのすぐ近く
で接続されていない限り、ピン
2とピン8の間およびピン9とピン
15の間でバイパスしてください。
V
BUS1
= 5.0V INPUT
V
DD1
= 3.3V OUTPUT
V
BUS1
GND
1
V
DD1
PDEN
SPU
UD–
UD+
GND
1
ADuM4160
V
BUS2
= 3.3V INPUT
V
DD2
= 3.3V INPUT
V
BUS2
GND
2
V
DD2
SPD
PIN
DD–
DD+
GND
2
図 5.プリント回路ボードの推奨レイアウト
高い同相モード過渡電圧が発生するアプリケーションでは、アイ
ソレーション障壁を通過するボード結合が最小になるようにする
ことが重要です。さらに、如何なる結合もデバイス側のすべての
ピンで等しく発生するようにボード・レイアウトをデザインして
ください。この注意を怠ると、ピン間で発生する電位差がデバイ
スの絶対最大定格を超えてしまい、ラッチアップまたは恒久的な
損傷が発生することがあります。
DC精度と磁界耐性
アイソレータ入力での正および負のロジック変化により、狭いパ
ルス (約 1 ns)がトランスを経由してデコーダに送られます。デコ
ーダは双安定であるため、パルスによるセットまたはリセットに
より入力ロジックの変化が表されます。約
12 USBビット時間以上
入力にロジック変化がない場合、正常な入力状態を表す周期的な
リフレッシュ・パルスのセットを送信して、出力での
DCを正常に
維持します。デコーダが約 36 USBビット時間以上この入力パルス
を受信しないと、入力側が電源オフであるか非動作状態にあると
見なされ、ウォッチドッグ・タイマ回路によりアイソレータ出力
が強制的にデフォルト状態
ADuM4160 の磁界耐性の限界は、トランスの受信側コイルに発生
する誘導電圧が十分大きくなり、デコーダをセットまたはリセッ
トさせる誤動作が発生することで決まります。
Rev. C
－ 11/14 －
こ の 状 態 が 発 生 す る 条 件 を 以 下 の 解 析 に よ り 求 め ま す 。
ADuM4160 の 3 V 動作は最も感度の高い動作モードであるため、
この条件を調べます。
トランス出力でのパルスは 1.0 V 以上の振幅を持っています。デコ
ーダは約
0.5 V の検出スレッショールドを持つので、誘導電圧に
対しては 0.5 V の余裕を持っています。受信側コイルへの誘導電
圧は次式で与えられます。
V = (−dβ/dt)
∑
∏r
n
2
; n = 1, 2, … , N
ここで、
β = 磁束密度(Gauss)。
N =受信側コイルの巻き数
r n
=受信側コイル巻き数 n 回目の半径(cm)
ADuM4160 受信側コイルの形状が与えられ、かつ誘導電圧がデコ
ーダにおける 0.5 V余裕の最大 50%であるという条件が与えられ
100
1000
100
10
DISTANCE = 100mm
1
DISTANCE = 5mm
0.1
ADuM4160
DISTANCE = 1m
10
1
0.1
0.01
0.001
1k
10k 100k 1M 10M
MAGNETIC FIELD FREQUENCY (Hz)
図 6.最大許容外部磁束密度
100M
たとえば、磁界周波数
= 1 MHz で、最大許容磁界= 0.2 k Ggauss の
場合、受信側コイルでの誘導電圧は 0.25V になります。これは検
出スレッショールドの約
50%であるため、出力変化の誤動作はあ
りません。同様に、仮にこのような条件が送信パルス内に存在し
ても
(さらに最悪ケースの極性であっても)、受信パルスが 1.0 V 以
上から 0.75V へ減少されるため、デコーダの検出スレッショール
ド
0.5 V に対してなお余裕を持っています。
前述の磁束密度値は、 ADuM4160 トランスから与えられた距離だ
ての許容電流値を与えられた距離に対して示します。
0.01
1k 10k 100k 1M 10M
MAGNETIC FIELD FREQUENCY (Hz)
100M
図 7.様々な電流値と ADuM4160 までの距離に対する
最大許容電流
図から読み取れるように、 ADuM4160 の耐性は極めて高く、影響
を受けるのは、高周波でかつデバイスに非常に近い極めて大きな
電流の場合に限られます。 1 MHz の例では、デバイス動作に影響
を与えるためには、
0.5 kA の電流を ADuM4160 から 5 mm の距離
まで近づける必要があります。
強い磁界と高周波が組合わさると、プリント回路ボードのパター
ンで形成されるループに十分大きな誤差電圧が誘導されて、後段
回路のスレッショールドがトリガされてしまうことに注意が必要
です。パターンのレイアウトでは、このようなことが発生しない
ように注意する必要があります。
絶縁寿命
すべての絶縁構造は、十分長い時間電圧ストレスを受けるとブレ
ークダウンします。絶縁性能の低下率は、絶縁に加えられる電圧
波形の特性に依存します。アナログ・デバイセズは、規制当局が
行うテストの他に、広範囲なセットの評価を実施して ADuM4160
の絶縁構造の寿命を測定しています。
アナログ・デバイセズは、定格連続動作電圧より高い電圧レベル
を使った加速寿命テストを実施しています。複数の動作条件に対
する加速ファクタを求めました。これらのファクタを使うと、実
8に、バイポーラAC動作条件と最大推奨動作電圧での 50 年のサー
ビス寿命に対するピーク電圧と最大
CSA/VDE認定動作電圧を示し
ます。多くのケースで、実証された動作電圧は 50 年サービス寿命
の電圧より高くなっています。これらの高い動作電圧での動作は、
ケースによって絶縁寿命を短くすることがあります。
ADuM4160 の絶縁寿命は、アイソレーション障壁に加えられる電
圧波形のタイプに依存します。
Rev. C
－ 12/14 －
iCoupler絶縁構造の性能は、波形がバイポーラAC、ユニポーラAC、
DCのいずれであるかに応じて、異なるレートで低下します。図 8、
、
に、これらのアイソレーション電圧波形を示
します。
バイポーラ AC 電圧は最も厳しい環境です。AC バイポーラ条件で
の
50 年動作寿命の目標により、アナログ・デバイセズが推奨する
最大動作電圧が決定されています。
ユニポーラ ACまたはユニポーラDC電圧の場合、絶縁に加わるス
トレスは大幅に少なくなります。このために高い動作電圧での動
作が可能になり、さらに 50 年のサービス寿命を実現することがで
ーラ DC電圧のケースに適合する場合、50 年最小寿命に適用する
バイポーラ
す
50 年寿命電圧値に制限する必要があります。
図 9に示す電圧は、説明目的のためにのみ正弦波としています。す
なわち、
0 Vとある規定値との間で変化する任意の電圧波形とす
ることができます。規定値は正または負となることができますが、
電圧は
0 Vを通過することはできません。
ADuM4160
RATED PEAK VOLTAGE
0V
図 8.バイポーラ AC 波形
RATED PEAK VOLTAGE
0V
図 9.ユニポーラ AC 波形
RATED PEAK VOLTAGE
0V
図 10.DC 波形
Rev. C
－ 13/14 －
外形寸法
ADuM4160
10.50 (0.4134)
10.10 (0.3976)
16
1
9
8
7.60 (0.2992)
7.40 (0.2913)
10.65 (0.4193)
10.00 (0.3937)
0.30 (0.0118)
0.10 (0.0039)
COPLANARITY
0.10
1.27 (0.0500)
BSC
0.51 (0.0201)
0.31 (0.0122)
2.65 (0.1043)
2.35 (0.0925)
SEATING
PLANE
8°
0°
0.33 (0.0130)
0.20 (0.0079)
0.75 (0.0295)
0.25 (0.0098)
45°
1.27 (0.0500)
0.40 (0.0157)
COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MS-013- AA
CONTROLLING DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERS; INCH DIMENSIONS
(IN PARENTHESES) ARE ROUNDED-OFF MILLIMETER EQUIVALENTS FOR
REFERENCE ONLY AND ARE NOT APPROPRIATE FOR USE IN DESIGN.
図 11.16 ピン標準スモール・アウトライン・パッケージ[SOIC_W]
ワイド・ボディ(RW-16)
寸法: mm (インチ)
13.00 (0.5118)
12.60 (0.4961)
16
1
9
8
7.60 (0.2992)
7.40 (0.2913)
10.65 (0.4193)
10.00 (0.3937)
0.75 (0.0295)
0.25 (0.0098)
45°
0.30 (0.0118)
0.10 (0.0039)
COPLANARITY
0.10
1.27
(0.0500)
BSC
0.51 (0.0201)
0.31 (0.0122)
2.65 (0.1043)
2.35 (0.0925)
8°
0°
SEATING
PLANE
0.33 (0.0130)
0.20 (0.0079)
1.27 (0.0500)
0.40 (0.0157)
COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MS-013-AC
CONTROLLING DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERS; INCH DIMENSIONS
(IN PARENTHESES) ARE ROUNDED-OFF MILLIMETER EQUIVALENTS FOR
REFERENCE ONLY AND ARE NOT APPROPRIATE FOR USE IN DESIGN.
図 12.16 ピン標準スモール・アウトライン・パッケージ、クリーペッジ強化型 [SOIC_IC]
ワイド・ボディ (RI-16)
寸法: mm (インチ)
オーダー・ガイド
Model
Number of Inputs,
V
DD1
Side
Number of Inputs,
V
DD2
Side
Maximum
Data Rate
(Mbps)
Maximum
Propagation
Delay, 5 V (ns)
Maximum
Jitter (ns) Temperature Range Package Description
3 −40°C to +105°C
3 −40°C to +105°C
16-Lead SOIC_W
16-Lead SOIC_W
3 −40°C to +105°C
3 −40°C to +105°C
16-Lead SOIC_IC
16-Lead SOIC_IC
EVAL-ADUM4160EBZ
1
2
Z = RoHS 準拠製品。
記載するすべてのデバイスについて、仕様ではフル・スピード・バッファ構成を表しています。
Package
Option
RW-16
RW-16
RI-16
RI-16
Rev. C
－ 14/14 －
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