고속 USB의 갈바닉 절연이 불가능합니까?

나는이 USB 아이솔레이터 내 PC에서 USB 장치의 전기적 절연을 제공하지만 낮은 속도와 최대 속도의 USB 작동합니다. 고속 연결을 제공하는 대체 전기 절연체를 찾을 수 없습니다. 그러나 USB 파이버 익스텐더 는 고속 처리량을 제공하며 더 높은 비용으로 갈바닉 절연과 높은 대역폭을 모두 제공해야합니까?

USB 용 갈바닉 아이솔레이터의 대역폭에 실질적 또는 물리적 제한이 있습니까? 실제 물리 법칙이 관련되어 있습니까, 아니면 이것은 단지 엔지니어링 도전이나 비용 문제입니까?

편집하다

내 자신의 질문을 바꾸어 보자.

비 섬유 USB 아이솔레이터는 약 100 유로이지만 전속 USB로 제한됩니다. 고속 USB 아이솔레이터는 존재하지 않으므로 100 유로로 만들 수 없지만 비용은 훨씬 더 비쌉니다 (€ 1000? € 10000). 이러한 가격으로 시장이 없으므로 고속 USB 아이솔레이터가 없습니다.

따라서 고속 USB 아이솔레이터가 전속 USB 아이솔레이터보다 훨씬 비싸게 만드는 이유는 무엇입니까? 전속 장치에 사용되는 접근 방식에 물리적 제한이있어 고속 장치에 적용 할 수 없거나 비용이 많이 발생합니까?

마케팅 관련 법률이 분명히 있습니다. :-)

기가비트 이더넷 및 10G 이더넷은 갈바닉 절연 기능을 갖추고 있습니다. 따라서 오늘날의 기술로 가능하고 일상적으로 가능합니다.

광섬유 USB 익스텐더는 기본적으로 광원과 광 수신기가 별도의 칩에 있다는 점을 제외하고는 광 커플러와 약간 비슷하게 작동합니다. 파이버 익스텐더의 기능을 단일 패키지로 결합하면 더 비싸지 않고 저렴해야합니다. 광학 커플 링 대신 자기 또는 용량 성 커플 링을 사용하는 것이 다시 저렴해야합니다.

USB는 일반적으로 접지 전위에 큰 차이가없고 전기 절연이 필요없는 단거리 (최대 5m) 데이터 연결에 사용됩니다.

갈바니 절연이 필요하거나 혜택을받는 의료 또는 전기 노이즈가 적은 몇 가지 응용 분야가 있습니다. 이러한 모든 응용 분야는 전문화되어 있으며 기존의 섬유 연장 기 솔루션은 전기 절연 요구 사항을 완전히 포함합니다. 또한 Bluetooth, Zigbee 등과 같은 무선 솔루션도 격리 요구 사항 (느린 속도)을 충족시킵니다. 결론적으로 USB 아이솔레이터에 대한 시장 틈새는 그리 많지 않을 것입니다.

FWIW, 나는 몇 년 전에 고전압 전원 공급 장치 서브 시스템에 대한 개발 작업 중에 광섬유 익스텐더를 사용했습니다. 나는 단지 고립이 필요했고, 섬유는 벤치에 감겨 있었다.

링크 주셔서 감사합니다.

편집 : "실제 물리 법칙이 포함되어 있습니다 ..."라는 질문의 일부에 관해서는 아닙니다. 아니요, 기가비트 이더넷, 10G 이더넷 및 무선 솔루션과 같은 더 빠르고 전기적으로 격리 된 통신 링크가 많이 있습니다.

"... 아니면 이것은 단지 엔지니어링 도전이나 비용 문제입니까?" 예, 2018 년 현재 엔지니어링 과제는 몇 년 전보다 적었지만 여전히 상당한 노력이 될 것입니다. 그러나 수요가 매우 제한적이라면 누가 그러한 솔루션 개발에 자금을 지원할 것인가?

다음 12Mbps를 USB 전송 속도에 대한 준비가 만든 격리 리피터 칩이 있습니다 풀업 아나 로그 디바이스에 의해 또는 리니어 테크놀로지에 의해 LTM2884은 . 놀랍게도, 둘 다 커플 링 요소로서 유도 성 커플 링 = 소형 온칩 신호 트랜스포머를 포함하고 있으며 실리콘 (CMOS®) 버퍼 트랜시버에 의해 외부 세계와 인터페이스되어 있습니다. 요즘 격리가 광학적이지 않은 이유가 궁금합니다 ...

100Base-TX 이더넷, SATA, PCI-e 또는 RS422는 모두 4 선 전이중 링크를 포함하여 어느 한 방향으로 균형 쌍을 사용합니다. 기가비트 및 10Gb 이더넷은 내가 생각하는 광섬유에서만 작동합니다.

반대로, USB 저속 / 전 / 고속은 반이중 모드에서 단일 밸런스 페어를 사용합니다. 여기서 반이중 모드에서는 호스트와 장치가 버스에서 교대로 돌아가며 라인 드라이버가 완료되면 3 상태로 설정해야합니다. 대화, 상대방에게 기회를 제공하기 위해 (RS485와 비슷하지만 전기 및 프레임 세부 사항은 많이 다릅니다).

위에서 언급 한 칩을 포함한 모든 갈바닉 아이솔레이터는 반이중 방향 전환 방식의 통신 방식을 준수해야합니다. 단일 신호 트라 포는 이론적으로 DC 바이어 싱 저항을 제외하고 12Mbps로 작동해야하며 프레이밍에 "평균적으로 DC 오프셋이없는"것도 아니므로 수동 트라 포를 사용하기가 어렵습니다. 감쇠는 제쳐두고.

아마도 액티브 아이솔레이터가 처음에는 전송 끝을 감지하기 위해 충분히 빨리 "테이블을 돌려"야하므로 오늘날 실리콘에서도 480Mbps의 "스튜디오 USB 리피터"구현이 비실용적 일 것입니다. 고속 USB 2.0 (일정한 전류 신호)을위한 전기 인터페이스의 일부 다른 변경 사항이있을 수 있는데, 이는 고속 USB가 이러한 종류의 485 스타일 RX / TX 스위칭에 쉽게 적합하지 않은 또 다른 요인 일 수 있습니다. 멍청한 리피터.

"방향 전환"문제에 대한 대안적인 접근 방법이 있습니다. 아날로그 방식으로 라인에서 high-Z를 감지하는 것보다는 고유 한 대기 시간 (지연)이 발생하기 때문에 아이솔레이터는 USB 프로토콜을 이해해야합니다. USB 허브가하는 것처럼 - 그래서 것이라는 점을 알고 프레임의 일단 현재 수신을 기대하는 경우. 또한 USB 허브와 마찬가지로 다른 프레임으로 릴레이하기 전에 전체 프레임을 버퍼링합니다. (또는 그렇지 않습니까?) 실제로 아이솔레이터는 USB 허브가되어야하며 어딘가에 격리 간격이 있어야합니다.

허브 스타일의 고립 된 리피터가 없다는 것이 다소 놀랍습니다. 아마도 ATMEL과 친구가 허브를 만들고 아날로그 또는 선형 (또는 Avago?)이 아이솔레이터를 만들기 때문에 두 갱은 혼합되지 않습니다 ...

격리 갭을 통해 높은 비트 전송률을 전송하는 문제가 그렇게 어려운 것은 아닙니다. 그러나이 영역조차도 놀랍게도 "개발되지 않은"것처럼 보이거나 어떤 종류의 갭을 겪고있는 것 같습니다. 광섬유를 통한 10Gb 이더넷 년비트베이스 밴드 SERDES (비트 스트림)의 경우, "레이저"(적어도 VCSEL)에 의해 전송되고 포토 다이오드에 의해 수신된다. 그러나 DIL 패키지 광 커플러는 거의 50Mbps 정도에 도달했습니다. 격차는 어디에서 오는가? 글쎄, DIL 광 커플러를 만드는 사람들은 비교적 느린 LED 소스와 포토 트랜지스터 수신기에 의존하는 것 같습니다. 섬유 재료를 만드는 사람들은 VCSELS와 포토 다이오드를 조정 가능한 바이어스 전류와 VCSEL 등에 고정 된 로컬 피드백 다이오드를 사용하여 광섬유에 커플 링하기에 적합하게 만들었습니다. 고급 부품. 광섬유로 연결된 기가비트는 일반적으로 전기 인터페이스에서 AC 커플 링을 사용하지만 큰 문제는 아닙니다.

어쩌면 그것은 산업에 대한 보수적 인 구식 견해 일 수도 있습니다. 기가비트 고 대역폭 기술은 이미 표준화 된 버스 및 인터페이스의 관점에서만 재생할 수있는 새로운 시대로 옮겨졌으며 단일 신호에서 바보 같은 간단한 로직 1/0을 전송할 수있는 개별 컴포넌트를 만들 필요가 없습니다. . 어쩌면 이것은 내 공룡 스타일의 생각 일 수도 있습니다. 현대 GHz 시대는 납땜 인두를 사용하는 캐주얼 해커에 대해 "막대기"를하는 것 같습니다. 전자 제품 해킹은 값 비싼 장비를 갖춘 폐쇄 형 실험실의 문제가되었으며, 업계를 선도하는 대기업 만 이용할 수 있습니다. 비공개 클럽입니다. 이제부터 해킹 할 수있는 것은 소프트웨어 나 사소한 안테나 일뿐입니다.

신호 변압기는 분명히 수백 MHz의 저전력에만 적합합니다. 1000Base-TX 및 특히 10GBase-TX는 모든 변조에 대해 전력이 부족한 DSP 처리 비용으로 데이터를 쌍당 전이중 밸런스 차선에서 여러 "심볼 당 비트 수"로 압축하기 위해 교활한 변조를 겪습니다. / 로컬 반향 제거 / 사전 이퀄라이제이션 ... "자기"(신호 변환기)를 통해 사용 가능한 200MHz의 대역폭에 맞도록. TV 안테나 기술을 사용하는 경우 500-800MHz 이상과 같은 상위 범위에서 갈바닉 절연체는 용량 성이라는 것을 알 수 있습니다. 어떤 핵심 재료를 선택하든 유도 변압기는 이러한 주파수에 적합하지 않습니다.

결국 ... 당신은 무엇을 알고 있습니까? USB3는 별도의 밸런스 페어 전송 라인을 사용하는 것 같습니다 : TX 용 한 쌍, RX 용 한 쌍. 집에 오는 느낌.

죄송합니다.

말 그대로 대답 : 아니요, 요즘 더 이상 제한이 없습니다.

여전히 실용적인 솔루션 <400 $는 드물다. 이것은 마케팅 및 대량 생산뿐만 아니라 물리적 또는 전자적인 디자인입니다.

그러나 몇 년 전 VCSEL은 비용이 많이 들었고 병렬화는 절연 비용도 상승하고 지연 증가로 인해 고유 한 프로토콜 문제가있었습니다 (USB가 쓸모없는 직렬 버스에서 약간의 안정성을 가진 것으로 바뀔 때 기뻤습니다).

2015/16 년에도 상용 디지털 절 연기 IC의 비트 전송률은 150Mbit / s로 제한됩니다. USB2 480MBit / s 칩을 제공하는 회사를 하나만 찾았습니다.

AD iCoupler의 기본 원리를 살펴보십시오. 그들은 펄스 폭이 1ns 인 펄스 트레인을 사용하고, 최대 150Mbit / s의 전송 가능한 비트 전송률을 가진 디지털화 방식으로 원래 펄스를 재구성합니다. 이는 USB2 고속 또는 USB3에 충분한 대역폭이 아닙니다.

AD의 icoupler의 좋은 점은 2 차측에 전력을 공급하기 위해 에너지를 전송할 수 있다는 것입니다 (많은 아니지만 여전히 ...). 많은 칩에 RX, TX 및 전력 코일이 있습니다. 커패시터를 추가하기 만하면됩니다. 그래서 기다릴만한 가치가 있습니다.

코닝은 이미 터로 VCSEL 레이저와 함께 진정한 광섬유 기술을 사용합니다 (최근까지 저렴한 방법은 없지만 물리적으로 실용적이었습니다).

최소 코닝 광학 USB3.0 케이블은 10m 버전의 경우 110 달러로 저렴합니다. 전력이 부족한 클라이언트를 위해 나중에 전원이 공급되는 USB3 허브가 필요할 수 있습니다 (200mA 이상이 필요하지만 코닝은 "전원이 공급되지 않습니다"라고 말합니다. 일부 설정에서는 운이 나쁘거나 안정성이 떨어질 수 있으므로 다시 설정할 준비를하십시오.

때때로 우리는 특허로부터 정보를 얻습니다. 그러나 소유자가 아닌 경우 누군가가 라이센스를 사용하려면 라이센스 비용을 지불해야합니다. 나는 오스트레일리아 칩 회사 인 silanna.com에 의해 발견되었다. 구글 특허 WO2015104606A1 참조. Sahare 용량 성 아이솔레이터 기반 USB2 고속 솔루션의 USB2 실리콘 Aha는 다음과 같습니다. http://www.silanna.com/usb.html 따라서 고효율 DC-DC 절연이 포함 된 프로토 타이핑 보드를 기다립니다. 그들은 노력하고 있다고 주장합니다.

모든 레이저가 마모되고 커패시터에는 함정 등이 있다고 주장 할 수 있습니다. 이것이 일반적인 레일 제거와 같은 여러 가지 이유로 AD가 자기 커플 링을 사용하는 이유입니다. http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/frequently-asked-questions/icoupler_faq.pdf를 참조하십시오 . 격리 두께와 전송 가능한 대역폭을 비교해야합니다. 허용 가능한 지터를 갖기 위해 5GBit / s를 따라갈 때까지 기다리십시오. 내부적으로 icoupler 기술을 재사용 할 경우 20..30Gpulses / s와 같이 전송해야합니다.

내가 질문의 리터럴에게 더 많은 것을 전달했으면 좋겠다 ...

저에게는 코닝을 구매할 것입니다. 그러나 별도의 (벽) 플러그 없이도 조밀 한 아날로그 디스커버리 2에 전원을 공급하기 위해 USB를 갖도록 DC-DC 절연 전원 공급 장치를 추가 할 것입니다. 일부 광 케이블은 USB2와 호환되지 않는 것으로보고 되었기 때문에 코닝 후에는 일부 작은 (1 포트) USB 허브를 배치해야합니다. 현재, 이것은 접근 방식을 어색하게 만들고 3 개의 모듈로 구성된 패치 워크를 만듭니다.

너, 앤디

Gig Ethernet의 데이터 속도는 USB2 고속보다 훨씬 높지만 실제로는이를 달성하기 위해 4 쌍의 cat5 케이블을 모두 사용한다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 또한 다중 레벨 (PAM5)의 변조 방식을 사용하여 각 쌍의 전기 신호 전송률을 100baseT와 거의 동일하게, 즉 약 25Mhz로 유지하여 변압기가 잘 처리합니다.

USB는 이중 레벨 만 사용하므로 신호 전송률은 데이터 전송률과 동일합니다. 12mbits / sec 최대 속도는 Gbit Ethernet의 신호 속도의 절반이며 허용 가능합니다. 간단한 바이너리를 사용한 480Mbits / sec 변환은 광학 작업이거나 USB 데이터를 병렬화하고 더 낮은 속도로 변환하는 등의 교활한 솔루션입니다. 이것은 내 생각이 아니다. .. 나는 그것이 몇 주 전에 제안 된 것을 보았다.

실제로 오디오, 데이터 및 전원 연결 모두에 문제가있는 사운드 카드 인 멀티미디어 설정이 많이 있습니다. USB 사운드 카드를 사용한 Prof '스테이지 설정은 여러 키보드가 USB를 통해 동일한 PC에 연결되어 있고 오디오 및 전원 접지를 공유하는 문제를 나타냅니다. 일반적으로 오디오를 분리해야하지만 USB 및 전원 연결을 통해 장치 자체의 오디오 생성기에서 잡음을 얻을 수 있습니다. 이것이 이해하는 데 도움이되기를 바랍니다.