Fırat DEVECİ

USB Data Isolator: NMUSB202MC

  • 6 ay önce, Fırat DEVECİ tarafından yazılmıştır.
  • 4 Yorum
  • 2.407 Kişi Okudu

isolatorDaha önceki yazımızda izolasyonun gerekli olduğu haberleşmeler için bir tasarım sunmuş ve detaylarını paylaşmıştım. Her ne kadar haberleşme tarafında sadece basit donanımlar kullanarak, belirli haberleşme sinyallerini izole etmek mümkün olsa da iş program yazıp, bunları debug etmeye geldiğinde cihazımızın üzerindeki programlayıcının ya da debuggerın da izole olması koşulu gerekmektedir.

Günümüzde bir çok firmanın programlayıcısı ve debuggerı, USB üzerinden bilgisayara bağlanır ve enerjilerini USB portlarının kapasiteleri dahilinde bağlandıkları noktadan sağlarlar. Standart bir USB2.0 portu 5V/0.5A (2.5W), USB3.0 portu ise 5V/0.9A (4.5W) kapasitesinde güç sunabilmektedir. Dolayısı kullanılacak izolatörün bu güç gereksinimlerini sağlamanın yanında, gerekli izolasyonu da sağlaması, programlayıcıların düzgün çalışabilmesi için kritik önem arz etmektedir.

USB/USB Data İzolatörler
USB izolatörler ele alındığında bir çok firmanın kendine has çözümleri karşımıza çıkmaktadır. Bunlardan en çok kullanılanı Analog Devices’ın sunduğu ADUM3160 ve ADUM4160 serileridir. Bu serilerin kötü özelliklerinden biri, enerji aktarımı için izolasyonlu 5V/5V çevirici kullanımı gereksinimi ve hız çevriminin otomatikman olmaması olarak gösterilebilir. Bunun yanında beraberinde getirdiği fiyat avantajı bugün çok yerde gördüğümüz USB/USB çeviricilerin içerisinde kullanılmasını sağlamıştır. Aşağıda Adafruit’in sunmuş olduğu ve fiyatı şu an için 34$ civarında olan, ADUM4160 ile güç aktarım organı olarak ADUM5000W görülebilir.2107-03Yukarıdaki izolasyonlu USB/USB dönüştürücü her ne kadar işini yapıyor olarak gözükse de ADUM5000W’nun sağladığı 5V/400mW değeri ile, güç aktarımında USB standardını yakalamaktan uzakta kalır ve özellikle Pickit gibi içerisinde boost converter modülleri bulunan programlayıcılar ile çalışamaz.

Murata NMUSB202MC
Yukarıda saydığımız problemleri aşmak için bir çok yöntem bulunsa da bunları aşmak için hep özel çözümlere (güçlü DC/DC converter, ek korumalar vb.) yönelmek gerekmektedir. Bu konuda Murata’nın sunduğu çözüm ise özellikle DC/DC çeviricileri ile oldukça başarılı olan bir firmadan beklenen düzeyde olmuş: NMUSB202MC. NMUSB202MC’nın iç blok yapısı aşağıda görülebilir.nmusb202mc-block-diagramMurata’nın sunduğu çözüm oldukça kompakt ve hata riski oldukça düşük bir yapıda kullanıcılara sunuluyor. Yukarıdaki blok şemada da görüleceği gibi DC/DC converter ve regülatör bölümü izolatörün içerisinde dahili olarak bulunmaktadır. USB2.0 standardını otomatik destekleyen yapısı ile otomatik düşük/yüksek hız geçişlerini de yapabiliyor olması modülün en büyük artılarından. Bunun yanı sıra, izolasyonlu bölümde bulunan USB Hub sayesinde 2xUSB portu sunması da özellikle dizüstü bilgisayar kullanıcıları için ekstra USB portu arayanlara büyük yarar sağlıyor. Ayrıca modülün 2x(5V/0.5A) desteği ile USB standartını tam olarak sağladığını da belirtmek gerekir.nmusb202mc
Sol bölümde yapısı görülebilecek modül incelendiğinde iki katmandan oluştuğu rahatlıkla görülebilir. Bu katmanların üst katındaki planar trafo iken, alt katındaki ise yarıiletkenler ve izolasyon bölümünü oluşturmaktadır. Modülün bu denli büyük sayılabilecek enerjiyi karşı tarafa aktarabilmesini sağlayan yegane sırrı burada yatmaktadır. Modül tam olarak enerjili çalıştığında karşı tarafta 2x5V/0.5A yani 5W enerji aktarırken, girişten çekilen enerji miktarı 5V/1.3A yani 6.5W olmaktadır. Toplam verimin %76 civarında olan dönüştürücünün bu denli güçlerde iyi bir verim oranıyla çalıştığı söylenebilir. Yalnız herhangi bir USB portu 1.3A akım veremeyeceği için ek 5V kaynağı ya da ikinci bir USB portu ile bağlantı yapılması gerekli enerjinin sağlanması ve USB portunun korumaya geçmemesi için önemlidir.

PCB Tasarımı
PCB tasarımında özellikle ek enerji kaynağı girişi ve kare USB’nin daha sağlam bir bağlantı sağlayacağı düşüncesi ile tasarımda ilerlenmiş ve buna göre PCB çizilmiştir. Aşağıda yapısı görülebilecek PCB oldukça sade ve NMUSB202MC’nin datasheet’indeki önerilen devre ile bire bir aynıdır. Büyük hali için fotoğrafın üzerine tıklayabilirsiniz.imag0418NMUSB202MC’yi elde toplayacaklar için bir uyarı; modülün altına konulan ayaklar çok az bir lehim ile tutturulduğundan, yerleştirilecek yüzeye bastırılarak lehim yapılması gerekmektedir. Aksi halde modülün ayakları düşerek zor bir montaj safhası geçirtmektedir.

Maliyet ve Sonuç
NMUSB202MC’in maliyeti şu an için Digikey üzerinde 30$ civarında gözükmektedir. Ek PCB maliyetleri ve kutu ile birlikte bu tutar 40$ civarını bulsa da elde edilen +1 port ekstra 5$ maliyete fazlasıyla değmektedir. Özellikle şebeke ile birlikte çalışan, devre hatalarından dolayı sık sık bilgisayarlarının portları yanan arkadaşların ellerinin altında bulunması gereken NMUSB202MC, şiddetle önerebileceğim bir modül.

Modülle ilgili her türlü soruyu bana yorum bölümünden ulaştırabilirsiniz.
Herkese çalışmalarında başarılar dilerim.

  1. engerex dedi ki:

    Çok gerekli bir donanım.
    Teşekkürler.

  2. Mustafa dedi ki:

    Evet çok faydalı bir çalışma. Ben iş hayatım da USB FAX-MODEM çok kullanıyorum. Yıldırımlı havalarda telefon hatlarından enerji yüklemelerinden dolayı USB portları bozuldu. ADUM 4160 üzerine duruyordum. Fırat Bey’in bu yazısını okuyunca MURATA modül kullanmaya karar verdim. PCB üzerinde yollarını çizdiğiniz LXES2SBAA4 ESD protection’ları kullanmak yıldırımdan korunmada etkisi var mıdır? Yada daha farklı bir şeyler mi yapmak gerekir? Ayrıca PCB yada hazır kit temin etme konusunda yol göstermenizi rica ediyorum. Yaptığınız paylaşımlar için teşekkür ediyorum.

    • Fırat DEVECİ dedi ki:

      Mustafa Bey dilekleriniz için öncelikle teşekkür ederim.

      Murata modülünü özellikle debug işlemlerinde şebekenin olduğu 1-2kV gerilimlerin olduğu yerlerde güvenle kullandım bir sorun da yaşamadım. Yıldırım konusu ap ayrı bir konu olmak ile birlikte USB portlarınızı koruyabilir, en azından bu korumayı izole taraf bozulsa da size yansımayacak şeklinde görebilirsiniz. ESD korumalar anlık birikmiş statik elektriği bertaraf etmek için kullanılırlar ve üzerilerinden atabilecekleri enerji miktarları çok kısıtlıdır. Eğer yıldırım gibi bir koruma ile başa çıkmak istiyorsanız bunun için normal şartlarda Varistör gibi elemanlar kullanırız yalnız USB portlarında buna hiç rastlamadım.

      PCB konusunda kit şeklinde size bunu ücret karşılığı sunabiliyorum. Yalnız modülü sizin temin etmeniz gerekmektedir. Eğer bu konuda bir isteğiniz var ise iletişim bölümünden benle iletişime geçmeniz gerekmektedir.

  3. Mustafa dedi ki:

    Belki yıldırım enerjisi modem üzerin de kalır. Yada sönümlenir bilemiyorum.
    Ön koruma olarak Varistor var ama artık hızından mı kalitesinden mi bilemiyorum. Bazen işe yaramıyor. İzolatör bilgisayarın USB portunu koruyacağını düşünüyorum. Malzeme tedariki için araştırma yapıyorum.
    Teşekkür ediyorum, yakında iletişime geçeceğim.

Yorum Yazınız

error: Content is protected !!