カテゴリー : USB-Isolator
単機能のUSBアイソレーター、バスパワーでESP32のモジュールが動作できる仕様。普通に使う分にはこれで十分なのではないかと思ったり思わなかったりしまけど、どうなんでしょうか？スペック的には1A流せるんですがLDOの仕様とか色々ありまして出力電圧5V保証できるのは500mA迄。それ以上になると緩やかに電圧降下してしまいますので750mA制限としてPTCを付けました。まあ、普通に使えて単体での消費電力は50mA位です。
■基板が出来上がってきたので実装
■電圧はこんな感じで左からUSB入力-DCDC出力-USB出力の順番
1つはMPU搭載して色々とギミックを組み込みましたが、単純にアイソレーターの部分だけを搭載してみたらどうなるかなと思って設計してみたのがこちら。多機能モデルから抜き出した電源系にコンデンサを多めに積んだだけです。見ての通りで、USBデータバスは完全等長構成でPC側から電気的に分離されたDCDCコンバーターで電源を供給します。出力段には大容量の電解コンデンサを積んで電圧変動を押さえ込む構成。単機能で十分な感じな場合にはこれでもいいのかもしれません。色々載っていない分ノイズも乗らないし壊れる部分が少ないことはいいことです。
■全体図
修正した2版の基板が出来てきたので実装してみました。例によって変わらずいろいろと詰め込んだので機能のチェックが大変だったりするのはいつもの事です。
データ・電源をIN/OUTで完全に分離した上でどんなことができるかですが、以下につらつら書いてみます。
USBの速度切替(1.5Mbps/12Mbps)
高精度の電流・電圧センサ(0.1mA/2.5uV)
バスパワー動作時のOn/Off制御(～1000mA)
外部電源による動作可能(～1500mA)
GraphicLCD(128×48)による表示
出力段LDOによるOn/Off制御
スイッチ x2 / LED x2
設計した基板は眺めていると作ってみたくなるもので、気がつくと出来てくるんですよ。テスト用なので特に指定せずレジスト緑色。久しぶりに緑の基板を作ったような気がしてちょっと新鮮だったりしますね。多分動くでしょうと言う事でいきなり全部実装、まあ動きましたけど、色々と問題というかミスしてたりとか…。
コネクタのライブラリ間違って、2mmほどパッド位置がずれた
いい感じに配線できるように設計したら液晶が裏側になってしまった
見直ししてたら見つけた間違っていた部分とかを再修正して、とりあえずα版として基板を注文してみました。なんといいますか、2層ではもうこれ以上は無理です…。それでも、なんとかかんとか電流流すのに必要なパターン幅を確保。USBのデータ周りは等長にした上でチョークコイルとか色々で保護してあります。動いたらUSB-DAC接続とか試してみたくありますね。
■特徴
さて、早速ではございますがアートワークの時間でした。回路図についても結構修正したりとか部品変更したりとか、ピンマップについては引きながら考えようと思っていたので検証しながら接続して…。例のごとくですが、けっこう大変な作業になってしまいましたでございます。
最終的には新しいフリスクにちゃんと収まるようにサイズとかを修正して制作しました。電流センサとか積んでいるので過電流 or 過電圧かかった時に回路が耐えられる範囲内だったらですがマイコン側から遮断できます。PCとかのホストに接続した状態でも1Aまで単体出力できるのが特徴。電気食いなESP8266とかESP32なんかも外部電源接続しないでPCから分離できます。せっかくなのでプログラム次第で色々できそうな気がして、LDCを8行x2列のキャラクタから128×48のグラフィックに変更してみました。
そしてそして、結果出来上がったものがこんな感じでございます。はじめ見た感じで4層にしないと入らないかなと思ったりしたんですが、やってみると2層でも収まるもんですね。
左側スカスカ、右側ギッシリ。部品サイズ小さいですが前に作ったUSB-Hubよりは実装密度は低めなので腕に覚えがある人は作れるぐらいと思うです。
なんか、ちょっと前に見たパターンですな…。せっかく、コンポーネントまで考えたので設計してみようと思った。やり始めたら結構な勢いで変更箇所とか考慮漏れとか出てきてちょっと涙目になりながらノイズ対策入れまくって設計してみた。(一部未配線）
■回路図
最近、何人かの知り合いがPCのUSBポートを破壊したという話が聞こえてきました。静電気とか過電流とか、当人思い当たるフシがあったりなかったりなのですけどやっぱり外付けの保護回路はあったほうがいいのかなと思ってみたり…。ちょっと調べてみると「USBアイソレーター」なる物が保護回路としては該当するみたいである程度の種類は出ている様子。
試しに買ってみようかと思ったんですけど…。そこそこのサイズ＆外部電源必要…。だったら普通にUSB-Hub繋いでおけばいいんでないかとか色々と考えないではなかったんですけど、せっかくなので検討まではしてみようかと思います。
まずは一番大事な「自分で使うならばどんな機能がほしいか？」でしょうか。
こんな感じのサイズで精度が高くてUSBを分離できるのが欲しいかなと…。
まあ、例によって例のごとく結構な機能を詰め込みます。電流電圧表示は結構便利に使っているのでそこそこの精度がほしい所です。などといろいろ考えながら、部品選んでみますよ。
・メインMPU：SAMD21G18A(TQFP48)
・LCD：AQM0802A-RN-GBW(8×2)
・電圧＆電流センサ：INA226(VSSOP10)
・USBアイソレーター：ADuM4160(SOIC16) + ADuM1100(SOIC8)
・絶縁DCDC:SN6505(SOT23-6) +750315371
ぱっと考えると、前に作ったUSB-Hubのノイズ系の回路を使って分離電源を新規に起こせば出来そうな気がする。電源は出力側をLDOに食わせて整流したほうが良さそうな気がしてきました。そして、今回のの目標は「片面実装」を目標にしてみたいと思う。