LTM2884具隔离式电源的隔离型USB收发器技术手册

概述
LTM2884是一款完整的电气隔离USB 2.0兼容型μModule ^®^ （微型模块）收发器。上游电源通过集成隔离式DC/DC转换器为接口的两侧供电。

LTM2884非常适合在主机、集线器、总线分路器或外设器件应用中提供隔离。它支持USB 2.0全速(12Mbps)和低速(1.5Mbps)操作。自动速度选择功能负责配置上游端口的集成上拉电阻，以匹配下游器件上检测到的电阻。

隔离器μModule技术使用耦合电感和隔离电源变压器，在上游和下游USB接口之间提供隔离。该器件非常适合需要隔离式接地回路或较大共模电压变化保护的系统。在共模瞬变大于30kV/μs的情况下，确保不间断通信。

增强型ESD保护功能使该部件能够在USB收发器接口引脚上承受高达±15kV（人体模型）的本地电源电压，并通过隔离栅承受±15kV的电源电压，而不会发生闩锁或损坏。
数据表：*附件：LTM2884具隔离式电源的隔离型USB收发器技术手册.pdf

应用

• 隔离式USB接口
• 主机、集线器或器件隔离
• 工业/医疗数据采集

特性

• LTM2884：1分钟2500VRMS
• LTM2884(a)：1分钟3000VRMS
• LTM2884：UL认证文件#E151738
• LTM2884(a)：CSA认证文件#255632
• USB 2.0全速和低速兼容
• 集成隔离式DC/DC转换器，外部或总线供电
• 自动配置总线速度
• 2.5W（500mA，5V时）输出功率，采用外部输入电源供电（VCC = 8.6V至16.5V）
• 1W（200mA，5V时）输出功率，采用USB总线电源供电(V BUS )
• 3.3V LDO输出电源信号基准电压源V LO 、VLO2
• 高共模瞬变抗扰度：30kV/μs
• ESD：可在USB接口引脚上提供±15kV HBM
• 15mm × 15mm × 5mm表贴BGA封装

典型应用

引脚配置描述

引脚功能

上游侧（V_{CC}、V_{BUS}、V_{LO}、GND ）

• D1^-（A1） ：USB 数据总线上游侧负向收发器引脚。一个 1.5kΩ 的上拉电阻会自动配置，用于指示 D2^+ 引脚的空闲状态。
• D1^+（A2） ：USB 数据总线上游侧正向收发器引脚。一个 1.5kΩ 的上拉电阻会自动配置，用于指示 D2^- 引脚的空闲状态。
• SPNDPWR（A3） ：挂起控制。高电平输入使能 DC/DC 转换器关断控制（若 USB 总线挂起）。低电平输入（GND）禁用关断控制。DC/DC 转换器在挂起模式下维持对隔离下游侧的供电。从挂起模式恢复的时间，可能因 DC/DC 转换器在启动时需重新供电而延长。SPNDPWR 引脚以 V_{LO} 和 GND 为参考。
• ON（A4） ：使能电源和数据通过隔离栅通信。若 ON 为高电平，器件使能；若 ON 为低电平，上游侧处于复位状态，隔离侧的 DC/DC 转换器无供电。ON 引脚以 V_{LO} 和 GND 为参考。
• V_{LO}（A5） ：内部稳压 3.3V 逻辑电压输出。V_{LO} 引脚用作 ON 和 SPNDPWR 引脚的正向参考，可提供 10mA 剩余电流。内部通过 2.2μF 电容旁路至 GND，无需外部连接。
• GND（A6、B1 - B11） ：上游侧电路地。
• V_{BUS}（A7） ：USB 收发器的电源输入。工作范围为 4.4V 至 16.5V。将 USB V_{BUS} 电源或外部电源连接至此引脚。内部通过 2.2μF 电容旁路至 GND。

上游侧（V_{CC} 相关 ）

• V_{CC}（A8 - A11） ：DC/DC 转换器的电源输入。工作范围为 4.8V 至 16.5V。连接至外部电源或 USB 电源（当外设通过 V_{CC2} 从 USB V_{BUS} 获取最多 200mA 电流时）。将 V_{CC} 连接至外部电源的 V_{BUS} 。内部通过 4.7μF 电容旁路至 GND。

隔离下游侧（V_{CC2}、V_{LO2}、GND2 ）

• GND2（K1 - K11，L3，L4，L6，L7） ：下游侧电路地。
• D2^-（L1） ：USB 数据总线下游侧负向收发器引脚。该引脚有一个 15kΩ 下拉电阻连接至 GND2。
• D2^+（L2） ：USB 数据总线下游侧正向收发器引脚。该引脚有一个 15kΩ 下拉电阻连接至 GND2。
• V_{LO2}（L5） ：内部稳压 3.3V 逻辑电压输出。V_{LO2} 引脚可提供 10mA 剩余电流。内部通过 2.2μF 电容旁路至 GND2，无需外部连接。
• V_{CC2}（L8 - L11） ：隔离电压电源输出，来自 DC/DC 转换器。输出电压为 5V，可支持外设设备 500mA 电流，以 GND2 为参考。输出电流取决于输入电源电压和电流限制。内部通过 22μF 电容旁路至 GND2，无需外部连接。

典型性能特征

框图

测试电路

应用信息

USB 连接

LTM2884 μModule 收发器可直接连接到上游侧和下游侧的 USB 端口，无需额外组件。收发器仅传输所有数据，自身不作为集线器或智能设备。它会监测总线线路的空闲状态、数据包起始条件、数据包结束条件，以正确维持总线速度和数据传输。LTM2884 内部集成了系列电阻、上拉和下拉电阻。上游侧 USB 端口包含自动配置的 1.5kΩ 上拉电阻，这些电阻会根据下游侧外设设备配置接入或断开。这种设计可实现上游侧对下游侧总线速度以及连接/断开条件的报告。D2⁺ 和 D2⁻ 引脚到 GND2 集成了 15kΩ 下拉电阻，以支持下游侧总线配置。

监测 USB 数据引脚时，LTM2884 会检测 K 状态以启动数据包，并设置数据方向。在总线释放前，会监测数据是否有数据包结束签名和收尾 J 状态。K 状态和 J 状态之间的有效载荷数据会通过 LTM2884 隔离器传输，延迟约为 80ns。

空闲状态通信与自动速度选择

LTM2884 μModule 收发器通过监测下游侧 USB 总线空闲状态并以稳定速率刷新隔离栅另一侧的状态，来维持 USB 总线空闲状态条件。此外，LTM2884 会监测下游侧外设总线速度，并将自身运行速度设置为与之匹配。图 4 展示了自动监测和报告总线速度的简化电路。监测 D2⁺ 或 D2⁻ 信号，查看 D2⁺ 或 D2⁻ 上是否有上拉连接，然后对结果进行处理。若为全速或低速，否则为断开连接。空闲状态会通过刷新传输传达至下游侧。开关 SW1 或 SW2 会根据接收的信息进行控制。若检测到 D2⁺ 有上拉且 D2⁻ 开路，则 SW1 闭合；若检测到 D2⁻ 有上拉且 D2⁺ 开路，则 SW2 闭合；若下游侧 USB 总线断开连接，则 SW1 和 SW2 均断开。