Избавляемся от помех и наводок с USB-изолятором: просто, дёшево, эффективно

Коротко о главном: Цена – 5-6$ (На таобао. На Али  — дороже). Скорость – USB 2.0 Full Speed, Устройства с питанием от шины USB работают плохо – не хватает тока, но доработка возможна.

Что это такое, и зачем оно может вам понадобится? (Далее абзац – максимально просто и понятно, для гуманитариев, технарей попрошу с советами не лезть).

Это устройство обеспечивает гальваническую развязку (то есть, ток перестает течь) порта USB. Обычному пользователю такое нужно нечасто, так как сценарии его применения очень специфические, но часто, столкнувшись с проблемами, которые можно решить этим устройством, большинство пользователей так и не находят им правильного решения. Самая распространенная проблема – наводка на звуковой тракт (шумы, помехи, искажения), при одновременном подключении источника по USB и аудио входам. Расскажу про них на своем примере. У меня есть синтезаторы Yamaha PSR E-413, Casio CT-X5000, я их подключаю к компьютеру для использования в качестве устройства воспроизведения MIDI файлов (всё работает нормально), и хочу это самое воспроизведение оцифровать, с помощью внешней или встроенной звуковой карты. (вот тут уже появляются проблемы). Как только подключу синтезатор и звуковую карту к друг другу (при уже подключенном USB порте), сразу из динамиков синтезатора, даже если выкрутить громкость на минимум, становится слышен писк (в случае с Casio) или гул (в случае с Yamaha). Соответственно, эти помехи присутствуют и в записи, что делает её непригодной для использования. Причина простая – после подключения обычным, аналоговым кабелем, в системе появляются два «земляных» провода, и через них, наводки попадают на вход звуковой карты. Другой сценарии – у вас дома небольшая студия, гитары, синтезатор, микшер, и вы решили записать ваше выступление в компьютер, специально для этой цели купили хорошую, дорогую звуковую карту, подключаете её к компьютеру и к микшеру, и в записи получаете ужасный фон и треск. Проблема опять в «второй земле» (которая на этот раз, получается через общую шину заземления), через которую наводки попадают на вход.

Решение этой проблемы имеет несколько вариантов, и у всех свои особенности и недостатки, расскажу об некоторых из них.

1. Убираем второй земляной провод, перерезав его или в аудио кабеле, или в USB кабеле. Решение ОЧЕНЬ плохое, так как в случае перерезания земли в аудио кабеле, наводки хотя и уменьшатся, но вы получите много новых – земля в USB кабеле не предназначена для работы в качестве таковой для источников звука. А если перережете массу в USB кабеле, то результат может быть ещё более плачевным – работать то будет, но если вы случайно отсоедините аудио кабель от одного из устройств, то порты USB повиснут в воздухе, и вполне могут сгореть – были прецеденты в моей практике.
2. Ставим изолирующий аудио трансформатор. Это самое простое решение, но имеет и свои минусы – любой трансформатор вносит искажения в звук, а такой, который их вносит в минимальном количестве, может стоить и долларов 200, а то и больше.
3. Применяем USB изолятор – наиболее практичное и элегантное решение, которое имеет много плюсов, но имеет и некоторые недостатки, которые, впрочем, легко можно исправить. (об этом поговорим далее)

Что касается технарей, думаю, объяснять вам, для чего может понадобится USB изолятор – смысла нет. Тут и подключение осциллографов и анализаторов к «горячим» источникам, поиск и локализация разных глюков, и многое другое. Так что переходим собственно к герою обзора.

Сердцем данного изолятора является микросхема ADUM3160 – одна из наиболее доступных и базовых среди USB изоляторов от фирмы Analog Devices. Поддерживаются режимы USB Low Speed, USB 2.0 Full speed. Поддержки High speed – нет. В отличие от рекомендованной производителем схемы включения, китайцы, в целях экономии ресурсов, разработали собственную «обвязку, которая, хотя и работает, но обеспечивает крошечный ток на выходе, и соответственно, прожорливые устройства, которые берут питание от USB порта, работать не будут.

Качество изготовления, традиционно для китайских фирм, входящих в холдинг “Noname”, очень высокое и соответствует всяким ISO 9001, кто бы сомневался. Тут и не отмытый флюс, и криво припаянный USB разъем, и видавшее всё компоненты, заботливо собранные на лучших свалках Китая. Но как ни странно, всё более-менее работает, и проблем с стабильностью нет.

Устройство снабжено аж тремя разноцветными светодиодами и одним DIP переключателем, который служит для выбора режима работы (USB 2.0 Full speed/low speed)

Красный – горит, когда на устройство подано питание.

Синий – горит, когда выбран режим USB 2.0 Full Speed (как можно убедится по фото, светом синего светодиода можно сбивать дроны и слепить пролетающих мимо ястребов)

Зелёный – горит, когда выбран режим USB 2.0 Low Speed. (для чего этот режим, я так и не понял, большинство устройств в таком режиме работать отказываются)

Изолятор в системе никак не «видится» — он совершенно «прозрачный», и просто обеспечивает развязку. Работа с устройствами, у которых имеется свой источник питания, проблем не вызывает – всё работает стабильно, без провалов в скорости и «отваливания» устройства. А вот что касается устройств, которые берут питание с USB – то тут ждёт беда. Максимальный выходной ток, при котором напряжение на выходе держится в районе 5 вольт, около 50мА. В переводе на человеческий это значит, что всякие мелкие программаторы, анализаторы, переходники USB<>LPT, USB<>RS-232 работать будут, а вот USB осциллографы, звуковые карты, и прочие «энергичные» потребители – работать не будут. Приведу список того, что работает, и что не работает через этот изолятор.

Работают:

• Программаторы Microchip PicKit 2, PicKit 3 (только, если прошиваем «голый» МК. Если в обвязке есть потребители, типа ЖК экрана или чего-то другого, то тогда будут глюки)
• USB<>RS-232 переходники типа CH-340, PL-2303 и некоторые другие.
• Анализатор Saelae Logic
• Принтер HP LaserJet CP 1025 Color
• Принтер HP LaserJet 2015n
• Флешка SanDisk Cruzer Contour 8GB
• Синтезатор Yamaha PSR E-413
• Синтезатор Casio CT-X5000

Не работают:

• Осциллограф Hantek DSO-2090.
• Звуковая карта Behringer U-CA202
• Звуковая карта Lexicon Alpha
• Мобильные телефоны (даже в режиме передачи файлов)
• ТВ Тюнер Astrometa DVB-T2
• Внешние жесткие диски, в том числе, и с использованием SSD.
• Зарядное устройство Turnigy AccuCel-6 80W

Так как я брал этот изолятор для применения с синтезаторами, вопрос неработоспособности некоторых устройств для меня не актуален, но я на всякий случай, сделал простой тест – выпаял преобразователь B0505, и на выходной каскад подал питание от отдельного, трансформаторного блока питания 5 вольт 350мА (зарядка от Nokia). Всё что не работало, заработало без сучка и задоринки. (разумеется, кроме внешних жестких дисков, которым не хватило этих самих 350мА). Так что, в случае необходимости подключения прожорливой нагрузки, просто заменяем преобразователь на более мощный, или подаём питание на выходной каскад с отдельного, гальванически развязанного блока питания.

И под конец, напомню ещё раз. Скорость у устройства — USB 2.0 Full speed, т.е. 12мбит, т.е. скорость копирования файлов, в лучшем случае, будет составлять не более 1.5мб в секунду. И хотя с применяемыми мной измерительными приборами это проблем не вызвало, вполне вероятно, что некоторое конкретное устройство в таком режиме не будет полноценно работать. К сожалению, протестировать весь спектр устройств у меня возможности нет, так что перед покупкой уточняйте, насколько ваше устройство может работать в режиме USB 2.0 Full Speed.