高速USB的电流隔离是不可能的吗？

我有一个USB隔离器，可将USB设备与我的PC进行电流隔离，但仅适用于低速和全速USB。我找不到能提供高速连接的任何其他电气隔离器。但是，USB光纤扩展器具有高速吞吐能力，并且应该提供电流隔离和高带宽，尽管成本可能更高？

USB电流隔离器的带宽是否有实际或物理限制？是否涉及实际的物理定律，还是仅仅是工程挑战或成本问题？

编辑

让我改写我自己的问题：

非光纤USB隔离器的价格约为100欧元，但仅限于全速USB。高速USB隔离器不存在，因此我假设不能以100欧元的价格制造它们，但价格要高得多（1000欧元或10000欧元）。以这样的价格，没有市场，因此没有可用的高速USB隔离器。

因此，问题是：什么使高速USB隔离器比全速USB隔离器昂贵得多？全速设备使用的方法是否存在物理限制，从而使其不适用于高速设备和/或成本过高？

肯定有涉及营销的法律。:-)

千兆以太网和10G以太网具有电气隔离。因此，显然，今天的技术是有可能且常规地完成的。

光纤USB扩展器的工作原理基本上类似于光耦合器，只是光源和光接收器位于单独的芯片上。将光纤扩展器的功能组合到一个包装中应该更便宜，而不是更昂贵。使用磁耦合或电容耦合代替光耦合应该再次便宜。

USB通常用于短距离（最长5m）的数据连接，在这种情况下，地电位不存在显着差异，并且无需进行电流隔离。

有一些应用需要电气隔离或从中受益，例如医疗或低电噪声。所有这些应用都是专门的，现有的光纤扩展器解决方案完全可以满足电流隔离的要求。此外，蓝牙，Zigbee等无线解决方案还可以满足隔离要求（以低速运行）。总而言之，USB隔离器的市场可能并不多。

FWIW，几年前，我在高压电源子系统的开发工作中使用了光纤扩展器。我只需要隔离，光纤就一直缠绕在工作台上。

感谢您的链接。

编辑：至于问题“是否涉及物理定律，...”的部分，不，有许多更快的，电隔离的通信链路，例如千兆以太网，10G以太网甚至无线解决方案。

“……还是仅仅是工程挑战或成本问题？” 是的，截至2018年，工程方面的挑战比几年前要少，但仍然是一项巨大的工作。但是，如果需求似乎非常有限，谁来资助这种解决方案的开发呢？

现有用于12Mbps USB传输速率的隔离式转发器芯片： ADI公司的ADuM4160或凌力尔特公司的LTM2884。令我惊讶的是，它们都包含电感耦合=微型片上信号变压器作为耦合元件，并通过硅（CMOS？）缓冲收发器与外界连接。让我感到奇怪的是，为什么这些天这种隔离不是光学的...

请注意，100Base-TX以太网，SATA，PCI-e或RS422都在任何一个方向上使用平衡对，一起构成4线全双工链路。我猜千兆和10Gb以太网只能在光纤上工作。

相比之下，USB低/全/高速在半双工模式下使用单个平衡对，主机和设备在总线上轮流交谈，完成后必须使线路驱动器处于三态交谈，给对方机会（类似于RS485，尽管许多电气和框架细节有所不同）。

包括上述芯片在内的任何电流隔离器都必须遵守通信的半双工方向切换方式。理论上，除直流偏置电阻外，单个信号流量应该以12 Mbps的速度工作，并且帧可能也不是“平均没有直流偏移”，这使得仅使用无源流量变得困难。除了衰减。

也许恰恰是有源隔离器需要足够快地“转动工作台”以首先检测传输结束的需求，即使在当今的硅片中，也无法实现以480 Mbps的速度实现“愚蠢的USB中继器”。高速USB 2.0（恒定电流信号传输）的电气接口可能还有其他变化，这可能是高速USB不能轻易地将这种485样式的RX / TX切换用于便携式计算机的另一个因素。愚蠢的中继器。

请注意，还有另一种解决“方向切换”问题的方法：与其以模拟方式检测线路上的高Z值（带来一些固有的延迟（延迟）），隔离器还必须了解USB协议，就像USB集线器一样-这样它就能知道何时可以预期当前收到帧的结尾。可能会缓冲整个帧，然后再将它们中继到另一侧-就像USB集线器一样。（或者是？）实际上，隔离器必须成为USB集线器，并在其中留有隔离间隙。

没有集线器式隔离中继器令我有些惊讶。可能是因为ATMEL和朋友创建了集线器，而Analog或Linear（或Avago？）创建了隔离器，但是这两个帮派并没有混合使用...

在隔离间隙上传输高比特率的问题不应该那么困难-但是，即使这个区域似乎也出人意料地“欠发达”，或者似乎遭受某种程度的间隙。光纤10Gb以太网已经存在多年带有逐位基带SERDES（比特流），由“激光器”（至少VCSEL）发送，并由光电二极管接收。然而，DIL封装的光耦合器几乎没有达到50 Mbps左右。差距从何而来？在我看来，制造DIL光耦合器的人似乎依赖相对较慢的LED源和光电晶体管接收器。当制造光纤的家伙使他们的VCSEL和光电二极管适合于耦合到光纤时-具有可调节的偏置电流，并在VCSEL上绑了一个局部反馈二极管等。那些高档的零件。请注意，光纤耦合吉比特设备通常在电接口上使用AC耦合，但这不是什么大问题，

对我而言，也许这只是对该行业的保守看法。也许千兆位高带宽技术已经进入了一个新时代，您只能在标准总线和接口方面发挥作用，而使分立组件能够在单个信号上传输愚蠢的简单逻辑1/0毫无意义。 。也许这只是我的恐龙风格，您仍然可以像这样把东西砍在一起。现代GHz时代似乎已经用烙铁为休闲黑客“提高了标准”。电子黑客攻击已经成为具有昂贵设备的封闭实验室的问题，只有大型行业领先的供应商才能使用。这是一个封闭的俱乐部。从现在开始，您所能破解的就是软件，或者一些琐碎的天线。

信号变压器显然只能在低至数百MHz的范围内发挥作用。1000Base-TX（尤其是10GBase-TX）非常费力地进行调制，以在全双工/每对平衡通道上将数据压缩为许多“每个符号位”，而这需要耗费大量功率来处理所有调制的DSP /本地回声消除/预均衡...恰好适合“电磁”（信号变压器）可能提供的200 MHz带宽。如果您正在研究电视天线技术，则可能已经注意到，在500-800 MHz及以上的较高频率范围内，电隔离器严格来说是电容性的。无论选择哪种铁心材料，电感变压器都无法在这些频率下发挥作用。

最后...你知道吗？USB3似乎使用单独的平衡对传输线：一对用于TX，一对用于RX。感觉就像回家。

抱歉。

从字面上回答：不，如今没有任何限制。

低于400美元的实用解决方案仍然很少。这不仅是市场营销和批量生产，还是物理设计或电子设计。

但是几年前，VCSEL变得昂贵，并且并行化还增加了隔离成本，并且由于延迟增加而带来了固有的协议问题（当USB从无用的串行总线转变为某种可靠性的设备时，我们感到很高兴）。

即使在2015/16年度，可用的现成数字隔离器IC的比特率也被限制在150Mbit / s以内。我发现只有一家提供USB2 480MBit / s芯片的公司（见下文）。

只需看一下AD iCoupler的基本原理。他们使用脉冲宽度为1ns的脉冲序列，并通过这种数字化方法以高达150Mbit / s的可传输比特率重建原始脉冲，这对于USB2高速或USB3来说是不够的带宽。

AD的icoupler的优点在于，它们能够传递能量以为次级侧提供功率（不是很多，但仍然...），并且它们的很多芯片都具有RX，TX和Power线圈。您要做的就是添加一些电容器。因此，等待将是值得的。

康宁使用真正的光纤技术和VCSEL激光器作为发射器（尽管直到最近，但在负担得起的方式上，一直是物理上可行的事情）。

至少康宁USB3.0光纤电缆价格适中，1000万个版本为110美元。之后，您可能需要一些带电的USB3集线器来满足电力不足的客户端的需要（如果您需要200mA以上的电流，但康宁表示会传输“无电”）。而且对于某些设置，您可能会遇到运气不好（或可靠性低）的情况，请准备好将其退回。

有时我们会从专利中获取信息。但是，如果不是所有者，则有人必须为使用它付出许可费。我通过澳大利亚芯片公司silanna.com找到了一个，请参阅Google专利WO2015104606A1。啊哈，他们的基于Saphire电容隔离器的USB2硅USB2高速解决方案已经发布：http : //www.silanna.com/usb.html 因此，我们等待包含高效DC-DC隔离的原型开发板，他们声称正在努力。

您肯定可以辩称所有激光器都磨损，电容器有缺陷等。这就是AD使用磁耦合的原因以及共轨抑制之类的其他原因。参见http://www.analog.com/cn/media/en/technical-documentation/frequently-asked-questions/icoupler_faq.pdf 在这里，您必须权衡隔离厚度和可传输带宽。让我们等他们赶上5GBit / s，这意味着要具有可接受的抖动，如果他们要重新使用icoupler技术，它们内部必须以20..30Gpulses / s的速度进行传输...

希望我现在对这个问题的字面意思有所了解。

对我来说，我将购买康宁，但会添加我自己的DC-DC隔离电源，以使USB可以为勤勉的模拟发现2供电，而无需任何其他（墙壁）插头。由于据报道某些光缆与USB2不兼容，因此可能必须在固定后放置一些小型（1端口）USB集线器。到目前为止，这在一起使方法变得笨拙，并且由3个模块组成。

您的安迪

值得注意的是，尽管Gig以太网的数据速率远高于USB2高速，但实际上它使用所有4对cat5电缆来实现这一目标。而且，它使用具有多个级别的调制方案（PAM5）来使每对电信号速率保持与100baseT大致相同，即大约25Mhz，变压器可以很好地处理它。

Usb仅使用双电平，因此此处的信令速率与数据速率相同。12mbits / sec的全速率是千兆位以太网信令速率的一半，并且可以实现。使用简单的二进制文件进行480Mbits / sec的转换是光学的一项任务，或者是更狡猾的解决方案，例如并行化usb数据并以较低的速率进行转换。这不是我的想法，..我几周前看到了它的提议。

实际上，存在许多多媒体设置，声卡，它们在音频，数据和电源连接都存在问题。使用USB声卡的Prof舞台设置会出现多个键盘通过USB连接到同一台PC并共享音频和电源地的问题。通常，我们必须隔离音频，但是即使那样，也可以通过USB和电源连接在设备自带的音频发生器上产生噪音。希望这有助于理解。