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这是一款 USB 2.0 高速（480Mbps）隔离模块，板载 1 分 4 USB HUB、1A 隔离 DC-DC 电源，并支持外部辅助电源输入，二者可自动切换。
- 原理图设计
- PCB 设计
- PCB 制造
- PCB 验证
- ADUM3165/ADUM4165 USB 隔离器：提供 3.75kV/5.7kV RMS 下的 480Mbps USB 隔离，二者针脚兼容。
- SN6505A/B 变压器驱动器：直接从上游 USB 端口取电的隔离 DC-DC 电源控制器，二者开关频率不同。
- DA2303-AL 变压器：1:1.5 SMT 变压器。
- TPS2116 电源多路复用器：优先从下行端口获取 5V 辅助电源，当该电源不可用时，自动切换至板载隔离 DC-DC 电源。
- TLV76701 LDO：用于 SN6505 输出的稳压。
- CH334P USB Hub：简单的 USB 2.0 一拖四 HUB 芯片。
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 尺寸 | 50.00mm x 36.50mm |
| 形状 | 圆角矩形，r=1.50mm |
| 成品板厚 | 1.60mm |
| 铜箔层数 | 4 |
| 最小线宽 | 0.12mm |
| 最小线距 | 0.12mm |
| 最小金属化孔径 | 0.20mm |
| 最小非金属化孔径 | >1.00mm |
| 最小过孔外径 | 0.45mm |
| 最小过孔内径 | 0.20mm |
| 最小金属化槽宽 | 0.60mm |
| 最小非金属化槽宽 | 无 |
| 特殊制造工艺 | 阻抗控制 |
| 用途 | USB 2.0 信号 |
|---|---|
| 信号层 | L1, L4 |
| 阻抗 | 90Ω |
| 下参考层 | L2, L3 |
| 上参考层 | 无 |
| 当前设计参数 | 数值 |
|---|---|
| 线宽 | 0.12mm |
| 线距 | 0.12mm |
| 铜箔厚度 | 1oz/0.5oz |
| 适用板厂叠层 | 嘉立创 JLC04161H-3313 |
本项目使用 KiCad 8.06 进行设计。
已部署 GitHub Action CI/CD，每次提交都会自动执行 DRC 检查，并生成 Gerber 等制造文件。
制造文件可在 Release 页面 或 Workflow 下载。
项目板载 1A 隔离 DC-DC 电源，并支持外部辅助电源输入，二者自动切换。板载LED亮起时表示隔离侧5V由板载DC-DC电源提供。
- 使用 5V 外部辅助电源时，输出端口优先使用外部电源供电，总输出能力受外部电源限制。每个接口均配有独立的板载自恢复保险丝，限流 500mA。
- 当未外接外部电源时，板载隔离 DC-DC 电源将生成 5V 供电，总输出能力受隔离 DC-DC 电源和上行 USB 端口共同限制。
请注意，外部辅助电源不得与上行 USB 端口连接至同一设备，否则会导致隔离失效。
2024.12.15更新：此前 TLV76750 为 5V 固定输出，在负载过大时由于线路损耗可能导致输出电压下降。已更换为可调输出电压的 TLV76701 并将输出电压设置在 5.2V 。
根据 数据手册 ，二者应 Pin-to-Pin 兼容。二者的主要区别在于隔离电压等级，前者为 3.75kV，后者为 5.7kV。测试板使用的是 ADUM3165。
SN6505A 的开关频率为 160kHz，SN6505B 的开关频率为 420kHz。测试板使用的是 SN6505B。
根据 数据手册第30页， 二者都可以与变压器 DA2303-AL 配合使用。但 SN6505A 尚未测试。
不建议更换，该型号是专为 SN6505A/B 优化的变压器，其他型号可能需要进一步调试。
根据原理图，上行信号输入接口旁有 0603 封装的磁珠，下行USB端口（共 4 个）旁有 0402 封装的磁珠。
磁珠用于隔离电源噪声，鉴于极端情况下 USB 端口可能会通过较大电流，磁珠的直流电阻（DCR）应该尽可能小以避免大量发热和电压损耗。
测试板使用物料如下
| 参数\型号 | BLM18SG121TN1D | BLM15PX121SN1D |
|---|---|---|
| 阻抗 | 120Ω @ 100MHz | 120Ω @ 100MHz |
| 封装尺寸 | 0603 | 0402 |
| DCR | 25mΩ | 55mΩ |
| 额定电流 | 5A | 3A |
若出于节省成本考虑，磁珠也可以用 0Ω 电阻代替。
作用为在连接/断开外部电源时防止隔离侧电源抖动。若出于节省成本考虑，可以不焊接。
钽电容对过压和反接极其敏感，并且失效时通常伴随明火甚至爆炸。建议选用耐压值至少为额定电压两倍（ 5V * 2 = 10V ）的器件，并且在焊接时注意极性（通常钽电容竖线标记侧为正极）。本设计使用耐压值为 16V 的钽电容。