Гальваническая развязка usb кабеля

Делаем свою USB звуковую карту с гальванической развязкой

Началось все как обычно, от нефиг делать от избытка свободного времени я решил сделать что-то эдакое. Тут я вспомнил, что друзья жалуются в дискорде на мой микрофон, слышны какие-то цифровые помехи, а если начать копировать файлы на компьютере то вообще. Купить нормальную звуковую карту? Это не про нас.

Кого заинтересовало прошу под кат.

Выбор микросхемы кодека

Вообще я не любитель делать электронику из чего попало, даже для себя, особенно из китайских компонентов с али, по этому первым делом идем на digikey и ищем что-нибудь. Первой мыслью было взять полноценную микросхему кодека и подключить его к STM32, а уж от него USB. В принципе это не сложно, но в какой-то момент я понял, что не хочу так заморачивайся и решил найти что-то «все в одном». Гугл настойчиво выдавал CM108 от C-Media Electronics, производитель в Тайване. Что ж, ну ладно, пусть будет так

Кодек требует себе EEPROM, и даже предлагает конкретную, аналог от STMicroelectronics M93C46-WMN6TP быстро нашелся на том же digikey (Integrated Circuits (ICs) > Memory). На всякий случай подключил его питание через фильтр, чтобы не привел нам ничего плохого в питание кодека.

Так же кварц, и т.к. я любитель сделать все по меньше и компактней то ставлю серию ABM3 (ABM3-12.000MHZ-B2-T) 5 на 3.2 мм (не ставить же гигантский HC-49)

Аудио коннекторы

После ищем сами коннекторы для наушников и микрофона. Я лично предпочитаю CUI для аудио и простых бытовых коннекторов питания 5.5, всегда их ставлю, конечно же поиск на digikey (Connectors, Interconnects > Barrel — Audio Connectors).

В моем случае у меня уже был готов компонент в библиотеке под SJ2-3574A-SMT т.к. раньше я его уже использовал, можно было бы выбрать разноцветные (у CUI есть), но мне не хотелось (для себя же делаю, как-нибудь разберусь).

Обычно последовательно ставят конденсаторы (0.47uF или 1uF, можно 4.7uF), это может быть тантал или керамика, но лучше всего использовать пленочные. В референс схеме в даташите предлагают 470uF, что слишком уж много, выбираем 0.47uF (если нужны очень низкие басы то можно и 1uF). Пленочные конденсаторы есть в SMD корпусах, что очень удобно, я поставил ECP-U1C474MA5 в корпусе 1206.

Гальваническая развязка по питанию

А теперь самое интересное

CM108 имеет 2 режима, 100mA и 500mA, разумеется я выбрал по жирнее, чтобы с размахом, 500mA * 5V = 2.5W, немного с запасом нам нужно найти развязку где-то на 3W, выставляем параметры (в разделе Power Supplies — Board Mount > DC DC Converters) и смотрим, что по дешевле, так же не забывая отсеивать производителей, которым вы не очень доверяете. Выбор пал на CC3-0505SF-E от TDK (хотя мне очень хотелось поставить от мураты!). Стоит он жирно, 11 баксов, но ничего не поделаешь.

После него я поставил фильтр, не забывая про конденсаторы 0.01uF и 0.001uF чтобы отсеять всякую ВЧ ересь т.к. она пролезает даже через гальванику. Ещё 100uF электролит, он точно лишним не будет.

Развязка интерфейса

Развязка питания это хорошо, но не помешает развязать и сам USB интерфейс. В разделе Digital Isolators (Isolators > Digital Isolators) можно найти подходящее, я выбрал ADUM4160 от Analog Devices.

Не забываем подтянуть DATA P на USB интерфейсе к 3.3V, т.к. это говорит хосту (ПК), что в порт воткнули девайс и надо бы начать с ним работать, по-хорошему в микросхеме эта подтяжка должна быть внутри, но её почему-то нет.

Ну и по мелочи

Сам USB конектор конечно же от Molex, ещё можно от TE или Wurth. Или поискать и у других, но я считаю что подобные конекторы лучше выбирать у этих трех, остальные хороши, но в другом.

Так же я решил, что если столько денег ушло на чистое питание, то делать надо все хорошо до конца, и развязка цифровой земли и аналоговой не исключение. Более того, вместо обычной перемычки на плате я поставил фильтр BLM15 (при разводки платы разделение земли лучше пододвинуть поближе к главной земле, т.е. к GND выводу нашего изолятора по питанию, там и должна расходится цифровая и аналоговая земля)

Заключение

Ну, на этом все, плату я развел в 4 слоя стандартного класса, после подготовки производства она будет стоить около 130р. Так же 4 слоя лучше в плане того, что полигоны питания, земли и цифровой земли лучше делать собственно полноценными полигонами, по-хорошему вообще на каждое питание свой слой, но у меня питание и цифровая земля на одном.

От идеи до полной разводки ушло где-то полтора часа. Плата вышла размером 22 на 66 мм.

Честно говоря, пока писал статью уже расхотелось заказывать плату (ну как всегда), так что пусть будет хотя бы статья.

Источник

Hi-Fi и High-End техника или энциклопедия звука и видео

ЗВУКОМАНИЯ

Hi-Fi и High-End техника или энциклопедия звука и видео

Гальваническая изоляция USB кабели

Гальваническая изоляция USB кабели

силовой и юсб кабели Супра в Singxer SDA-2

Все цифровые кабели, особенно кабели USB являются аналоговыми кабелями, передающими модулированные сигналы, которые интерпретируются приемником как биты, например ЦАП USB.

Кабели USB и гальваническая изоляция

USB стал одним из стандартов для отправки и получения музыкальной информации, закодированной таким образом, в основном потому, что ранние музыкальные серверы использовали многоцелевые компьютеры в то время, когда большинство компьютеров поддерживали в основном только USB; хотя до этого был FireWire, а теперь еще и Thunderbolt.

ЦАП 11.38.РЕ + USB кабель

Но есть одна интересность которая отличает USB от интерфейсов на основе AES3 (AES/EBU, S/PDIF и TOSLINK), заключается в том, что USB-кабели предназначены для передачи достаточного тока для питания небольших устройств без необходимости в отдельном источнике питания. К сожалению, эта мощность может создавать шум в виде радиопомех (радиочастотных помех), которые могут искажать данные, вызывая потерю или ошибочную информацию и/или изменять задержку или синхронизацию сигнала (также называемую джиттером).

кабель ЮСБ

Большинство USB-кабелей не имеют какого-либо внутреннего или внешнего экранирования и не имеют ничего важного для разделения линий питания от линий передачи сигналов или данных. Очень немногие ЦАП предлагают какую-либо изоляцию на входе.

Что такое гальваническая развязка USB?

Это когда вы используете трансформатор для разделения соединения между проводами, но по-прежнему пропускаете ток и/или сигнал, что значительно снижает шум, входящий или выходящий из кабеля. Гальваническая развязка часто используется для разрыва «контуров заземления», которые создают помехи, к примеру, в кабелях коаксиального кабельного телевидения; тем не менее, он также снижает шум почти всех видов в любом применимом кабеле.

ЦАП и ЮСБ кабель

Пассивные фильтры, такие как AudioQuest JitterBug и iFi iPurifier 2, также могут уменьшить шум; но они не используют трансформаторы для достижения настоящей гальванической развязки и позволяют гораздо большему проценту шума проходить через кабель и в устройство ввода, такое как ваш USB-ЦАП.

Кабель акустический Monster XP NW обзор

Кроме того, ряд компаний производят более простые, но эффективные USB-гальванические изоляторы в основном для контрольно-измерительных приборов, которые можно использовать для своих применений и для которых требуется только один USB-кабель.

USB кабель

Чтобы углубиться в гальваническую развязку, рассмотрим следующее определение: Что такое гальваническая развязка USB? «Гальваническая развязка — это метод проектирования, который разделяет электрические цепи для устранения блуждающих токов«. Сигналы могут проходить между гальванически развязанными цепями, но блокируются блуждающие токи, такие как разность потенциалов земли или токи, вызванные питанием переменного тока. «Проще говоря, хорошие проходят, а плохие блокируются».

Ферритовые сердечники и кабели USB

Другие методы снижения шума включают ферритовые сердечники или цилиндрические магниты, прикрепленные к обоим концам кабеля ЮСБ, которые помогают уменьшить создание и, в некоторой степени, влияние радиопомех или радиочастотных помех.

феррит

Опять же, все эти подходы основаны на том факте, что все цифровые кабели на самом деле являются аналоговыми кабелями и будут ими до тех пор, пока кто-нибудь не изобретет кабель, который передает биты с использованием квантовой механики, где вы действительно можете иметь дискретные состояния энергии, представляющие, в абсолютном смысле, двоичные значения. данные.

подключение USB кабелем

Пока кабели могут только передавать и принимать непрерывно изменяющиеся уровни напряжения или силы тока (тока), все цифровые кабели фактически будут аналоговыми по своей природе.

Гальваническая развязка USB кабели

Кроме того, все электрические кабели (а электричество — это то, что течет по всем аналоговым кабелям) потенциально могут создавать электромагнетизм, связующее звено радиопомех, особенно когда два или более кабелей проложены рядом друг с другом параллельно, вот почему старомодный телефон линии использовали «витую пару» из двух кабелей, в основном просто изолированных проводов, которые постоянно наматывались друг на друга, чтобы предотвратить генерацию электромагнитной энергии.

витая пара для акустики

Еще более сложная геометрия с использованием множества тонких изолированных проводов, скрученных вместе, таких как кабели Литцендрат (Litz), чтобы свести к минимуму создание электромагнетизма или радиочастотных помех вместе с другими артефактами, такими как сопротивление на очень высоких частотах.

кабель Monster SuperFlat Mini внутри

Я не буду сейчас вдаваться в относительные преимущества и недостатки использования симметричных кабелей, которые передают сигналы по двум проводам с отклонением по фазе друг от друга на 180 градусов, или почему хороший экран (обычно проволочная сетка «трубка» или даже стальная труба) заземление на одном или обоих концах помогает блокировать и отводить радиочастотные помехи; однако оба метода могут улучшить звук при правильном применении. Кроме того, существует целая концепция «диэлектрика», которая может стать очень сложной.

кабель IEC Oyaide C-037 в паре с вилкой Oyaide P-037E

Я надеюсь, что эта статья « Гальваническая изоляция USB » немного помогла. Пожалуйста, оставляйте комментарии ниже, чтобы мы могли вернуться к вам.

Если вы хотите узнать больше об этой теме, и быть в курсе, пожалуйста, подпишитесь на наш сайт.

Вам нужен хороший фонокорректор, новый усилитель или отличный ЦАП, плеер, наушники, АС или другую звуковую технику, (усилитель, ресивер и т.д.) то пишите в ВК, помогу выгодно и с гарантией приобрести хорошую звуковую технику…

Будут вопросы пишите помогу чем смогу это моя цель и программа, удачи найти свой звук.

Желаю удачи в поиске своего звука! На нашем сайте Звукомания есть полезная информация по звуку и видео, которая пригодится для каждого, причем на каждый день, мы обновляем сайт «Звукомания» постоянно и стараемся искать и писать только отличную, проверенную и нужную информацию.

Источник