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本作品为首届立创商城电子制作节优秀作品之一，经作者陈臻（立创社区昵称）授权发布并标注原创，转载请注明出处，未经允许不得用作商业用途。原文链接：
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一. 作品简介
USB隔离协议转换器主要应用于严酷的工业场合现场调试测试，是现场工程师的调试神器；也可用于研发实验室，成为研发员的手中的必备法宝。
它可实现以下几个主要功能：
1. USB HUB功能：转换出3个USB2.0 Type-A接口，每通道1.5A限流，可带3个移动硬盘同时工作（需要外部电源）。
2. USB自供电不足报警：当红灯亮起时，说明USB自供电不足，电源管理处于限流工作状态，需要接入外部电源。
3. USB转RS485/232/TTL 隔离转换器，隔离电压1500VAC。
在产品研发生产中，总会遇到笔记本USB口不够用，串口不稳定等情况，有时候还会出现笔记本重启后才能够将串口恢复正常，极大的影响研发生产的效率。在有些工业环境中，不带隔离的协议转换器经常会出现损坏、误码率高等情况，实际上在恶劣的工业环境中，浪涌无处不在，浪涌、谐波都是造成上面问题的罪魁祸首，在某宝上也有一些USB的协议转换器，但价格非常高。因此我感觉有要把这些问题整合起来，做一个让自己满意的转换器。
在研发产品时，工程师再也不必为485总线，232通讯找USB的转换器了，而且也不会占用USB口，因为它还可以放出3个电流比较大的USB口，足够用了，电流有保障，HUB才能表现的比较稳定。在现场维护产品时，一个USB隔离协议转换器就可以让工程师减少调试中信号不稳定的痛苦，稳定一直以来是工程师最基本的愿望，不然真的会产生很多负能量。
二. 作品亮点
在USB HUB方面，以前用过一些可外接电源的，结果拆开里面一看，真的是电容能省则省，2个电源直接通过0欧姆电阻连一起，原来的丝印是二极管丝印，大概是节约成本，只要稍微懂点的人，就会感觉非常不好，如果外部电压高，电流都会倒灌到电脑主板里，坏了就麻烦了，而这个USB HUB用料绝对不含糊，本来限流打算用自恢复保险，但是它的速度相对还是比较慢，尤其是在寒冷的环境中可能会失效，所以还是采用芯片的电源管理，限流可通过一个电阻进行设定，在电源并联处放置了一个肖特基二极管，为了减少压降。在USB总线处增加了汽车级的TVS保护管，提升可靠性。
在USB转隔离485方面，特意增加了EMC保护电路，大大降低浪涌电流冲击模块，导致模块损坏的风险。
在各个隔离模块前都有一个电源开关点，一般调试只会用到一种协议，而3种协议同时隔离工作，在没有外部供电时，可能会增加笔记本USB供电压力，一般同时工作在200mA左右。
USB输入接口使用 USB Type B或 MiniUSB双输入模式，兼容更多的USB数据线。
三. 系统构架图
外部电源输入模块采用MPS公司的MP1584芯片作为稳压电源方案；
USB输入模块采用德州仪器公司的TPS2553作为电源管理方案，使用SS14肖特基二极管将输入稳压电源串联起来，在使用外部电源时，USB输入电源将降少电流输出；
USB主控采用台湾汤铭电子的FE1.1芯片作为USB HUB方案，USB信号线保护采用德州仪器公司的TPD4E001TVS阵列；
USB输出模块1/2/3使用1.5A自恢复保险丝作为电源限流方案；
USB转串口模块采用江苏沁恒股份有限公司的CH340B作为USB转串口方案；
TTL转隔离TTL采用德州仪器公司的ISO7321电容式隔离转换芯片；
TTL转隔离RS232采用金升阳公司的F505S-1WR2作为隔离电源方案，使用德州仪器公司的ISO7321电容式隔离转换芯片+MAX3232转换芯片作为隔离RS232设计方案；
TTL转隔离RS485采用金升阳公司的TD301D485H-A作为隔离RS485转换方案。
四. 原理图
有个地方需要注意下，FE1.1芯片的TEST需要接到地，否则无法工作。
五. 实物图材料清单
主要元器件链接：
USB/CH340B：http://www.szlcsc.com/product/details_82160.html
USB/FE1.1：http://www.szlcsc.com/product/details_29710.html
USB/TPS2553DBV：http://www.szlcsc.com/product/details_56292.html
贴片保险丝/1.5A 13.2V 自恢复保险丝：http://www.szlcsc.com/product/details_71179.html
低压差线性稳压(LDO)/AMS1117-3.3：http://www.szlcsc.com/product/details_6652.html
六. PCB实物图
七. 作品演示
八. 总结
这个板子焊接调试并非一帆风顺，板子昨天到的，今天上午开始手工焊，焊接时发现了几个问题：
1. C1206的电容封装的丝印需要改良下，中间有一横丝印会突出来，这样电容容易放不平。
2. 几个SS14二极管放的太近，刀口电烙铁不太好焊接出漂亮的焊点。
3. 电源模块用错料了，本来选用的是那种常用的B_LS系列的，结果用的是F系列的封装，没办法只能用F1215的先暂时替换下，电压比例差不多，使用也没有问题。
4. USB Type A的封装离边界还有2个mm，这个封装也需要小改下，但不影响U盘、数据线等使用。
焊接完成后，上电插入USB口调试，电脑端能发现USB集线器，但是集线器下面的4个设备一直找不到驱动，直觉是应该是还没有真正驾驭FE1.1这颗料，翻开数据手册再一次核对起它的管脚功能，量一量每个节点的电压，都表现正常，这时候发现这颗料的TEST管脚引起了我的注意，在同类型的FE1.1S芯片网友给出的设计原理图悬空在那里，之前就没怎么重视这个引脚，按照手册的意思，接地测试使能，是不是可以接地试试？结果接地后，一切正常了，虽然现在还搞不懂为什么，就当一个经验，这个芯片的TEST管脚需要拉低，以后慢慢会知道的。
接下来测试了下USB接移动硬盘，U盘，甚至短路其中一个USB口，或在其中一个USB口加电机负载，都表现的正常，只要接了外部电源，短路其中某个USB口，不会造成移动硬盘或U盘的数据传输错误。
在测试串口波特率的时候，先使用隔离TTL进行测试，测试设备也是一个USB转TTL的小工具，它用的是FTDI的芯片，全双工通讯，将波特率提升至2000000，发现从我的设备端发送数据到测试工具端有一定的误码率，而反之基本没有误码，将波特率降至1000000，基本上没有误码率了，从侧面也反应出FTDI的芯片稳定性更好，但成本也提升了不少，一般用用CH340足矣。
这个设备基本上能满足原来的需求，可能在现场没有其他电源的情况下，可使用锂电池接入HUB，增加供电能力，锂电池电量降低时再使用USB口给它充电，接下来可能得把这个外部电源模块做出来。
一般研发实验室里用用还是比较方便的，之前有考虑过使用双USB口增加电流，但仔细想想，还是用外部电源比较适合，电流更大，满足更大负载需要，而且坏一个USB口和坏一个外部电源的抉择中，我肯定选择后者。
这个作品的亚克力外壳还在定制中，等到了以后再上效果图。
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