目前计算机的USB接口已经大量使用，一般每台计算机都有2到4个USB口。当一台计算机接多个USB外部设备时，如果这些外部设备或者连接电缆中介入了高电压干扰，就可能会烧坏计算机的USB口甚至主板。本文介绍的就是几种对USB接口的隔离保护方案。
波仕电子的USB光电隔离技术
原理见图1，其中D+、D-为USB信号，“光发射”是其中一个光电隔离器的LED（发光二极管），而“光接收”是另外一个光电隔离器的光敏三极管及其信号放大电路。图1的电路只画出了全部的一半，另外一半是完全一样的，只是将“光发射”对准另外一半电路中的“光接收”（整个为一个光电隔离器）、将“光接收”对准另外一半电路中的“光发射”（整个为另外一个光电隔离器）。
图1
图1为将USB信号（D+、D—）转换为光信号的原理框图。USB信号检测电路（1）将D+和D—变换为“或”门输出DOR1和差分比较器输出RCV1。一双可控三态缓冲器（2）通过控制端EN来控制逻辑“通”与“端”。当EN=“0”时，DOR=DOR1、RCV=RCV1。而当EN=“1”时，DOR和RCV为高阻状态。光发射驱动电路（3）将DOR和RCV转换为三种光强度（亮、半亮、暗）。光接收电路（4）将接收到的三种光强度（亮、半亮、暗）恢复为D+和D—的三种状态。光接收电路（4）的输出之一H的状态变化触发单稳延时电路（5）。单稳延时电路（5）的输出EN平时（即USB信号处于闲置状态时）为“0”，当其输入H有下降延（即由“1”变为“0”）时输出EN由“0”变为“1”并且保持为“1”大约1000us，然后恢复为“0”。另一双可控三态缓冲器（2）通过控制端EN来控制来控制逻辑“通”与“断”，当EN=“1”时，VP=H、VM=L，而当EN=“0”时输出VP、VM为高阻状态。
图2
波仕USB光电隔离器秉承波仕转换器的一贯特色，具有超小型的外形(50*24*70mm)、支持USB2.0全速（12Mbps）速率、隔离2500V电压、无须外接电源、无须驱动程序。波仕电子的这种技术已经取得专利，ZL02284234.1。波仕USB光电隔离器的使用非常简单，与一根普通的USB延长电缆的使用是一样的。BS-USB产品的上位机侧的电缆为A型插头，直接外插计算机的USB插座。BS-USB产品的下位机侧的电缆为A型插座，用于外接USB设备（比如U盘、USB/RS-232转换器）的插头。也就是说，当BS-USB产品的A型插头外插计算机的USB口时，BS-USB的A型插座就相当于是一个已经隔离的USB口。由于BS-USB自带隔离DC/DC并且自耗一定功率，所以对外驱动能力小于原计算机USB口的驱动能力。BS-USB特别适合具有USB口的医疗仪器、高电压数据采集设备等。
当BS-USB只插计算机的USB口而不接外设（比如U盘、USB/RS-232转换器）时，BS-USB产品是不需要驱动程序的。只有将外设插到BS-USB产品上后，计算机才会需要驱动程序，而这个驱动程序与外设直接插计算机的USB口时的驱动程序是一样的。
BS-USB仅仅是一个透明的物理隔离，与计算机操作系统无关。自然，BS-USB支持各种操作系统，WindowsXP/2000/Me/98等都可以。
无线USB隔离方案
采用无线方案的USB口当然实现了绝对电气隔离，尽管无线方案存在干扰、保密性能差的缺点。通常我们见到或者使用的无线USB发射器机器配套的外设（比如蓝牙设备）并不是通用的USB无线隔离方案，因为无线外设并不能够外插标准的USB设备，比如U盘、USB/RS-232转换器等。
在此领域公开宣布有产品的目前只有美国贝尔金（Belkin）公司。贝尔金在2006年国际消费电子展（CES）上首次展出这款无线USB Hub （Belkin Cable-Free USB Hub）。这是第一款用上超宽带技术（UltraWideBand technology）的消费产品。但此款产品原先使用的Freescale芯片由于暂时无法和Intel支持的无线USB标准兼容，贝尔金迫不得已只好寻找另外一个UWB（超宽带缩写）芯片制造商Wisair。经过重新设计之后，这款USB Hub又最终发布在2007的CES上了，供大家销售和评测。评测的结果表明，此产品的优点在于安装简易（在WINDOWS XP下），缺点是速度很慢、价格比较贵 (型号F5U301，价格200美圆)。
产品见图3。Cable Free对U盘和移动硬盘的实际读取速率大概只有1.5 MByte/sec。
图3
这款产品实际上是使用了UWB技术的无线USB扩展器，代替了我们比较常见的 802.11b/g或者蓝牙技术。简单的表述就是：一个可以接入USB设备的4口hub，只能连接到WinXP SP2系统的电脑上。贝尔金称此款hub支持“USB打印机，照相机，扫描仪，以及其他设备”。但使用手册上却提示不支持具有同步端点的“音频设备”（USB音频类）和一些网络摄影（USB视频类）设备。该无线hub使用Wisair 531 / 502 UWB芯片以及Star STR9104 ARM922-兼容 RISC CPU。配套的USB 发射器也是使用Wisair 531 / 502芯片和USB控制器。
工业通信用途的USB隔离方案
在某些工业通信的场合，需要从USB口转换出RS-232或者RS-485用于串行通信。这时可以通过对USB口转换出的RS-232串口加RS-232光电隔离器，波仕电子的典型产品是USB232和BS232-9（见图4）的组合。或者采用光电隔离的USB与串口（RS-232/485/422通用）的转换器，波仕的典型产品是USB232GL1（见图5）。这两种方案大大简化了USB口的隔离方法，而且还是无源的。如果两台计算机想通过USB口相互传输数据而且要求隔离，那么最好就采用这种将USB转换成为隔离串口的方案。
图4
图5
波仕USB232GL1光电隔离微型USB/串口转换器秉承波仕转换器的一贯特色，具有超小型的外形(80*23*47mm)、RS-232、RS-485、RS-422通用，可以虚拟成为本地COM串口(COM1-COM256)、无须修改已有的串口通信软件。同时波仕赠送USB-串口影射程序。波仕USB232GL1是世界上最小的、也是使用最简便的光隔USB/串口转换器、实现了USB与串口的光电隔离。
如果USB口是用于接打印机，那么可以选用USB打印服务器。这是通过将以太网转换出用于接打印机的USB口。我们知道，以太网本身是采用变压器隔离的，这就自然实现了USB的变压器电气隔离方案。这种打印服务器安装后虚拟出一个打印口，从原理上讲也就只能够接打印机。当然从USB转换出以太网再经过以太网到USB的转换也一样可以实现USB的变压器隔离，但是原理以及软件的使用与以太网直接转USB的打印服务器方案是一样的，并不是真正意义的USB直接隔离。
实现USB电气隔离的技术难点
当初USB的出现是为了统一计算机的各种外设接口，取代PS/2鼠标口、键盘口、打印口等，特别是取代苹果的Fieware（火线）甚至IEEE-1394口。为了在与后者的竞争中取得优势，USB的引脚数就不可能多于后者的4个。而地线、电源线就占了2个，信号线就只剩余2个了。这与传统的PS/2、RS-232、打印口、以太网都有空余线的做法大不一样。同时这样做的结果就使得USB的改进（除了速度改进）余地很小、特别是电气隔离的改进非常困难。USB口的电气隔离技术改进的难点就在于缺少USB的方向信号而USB的两个信号线D+和D—又是不分方向的。USB信号流的方向是靠D+、D—两个信号的幅值一起来判断的，而且并不是它们的差值。在USB光电隔离方案、无线电气隔离以及以太网隔离的方案中，难点都在于将USB信号怎样分开为发送与接收两部分。如果USB口本身有一个能够表明数据是发送还是接收的信号线，那么USB的电气隔离就好解决多了。
在现有的USB2.0以及USB1.0版本中都缺少一根表明USB数据方向（发送还是接收）的信号线，而指望USB标准增加专门的这根方向标志线是不现实的。USB的接头机械标准就是4根线，是不可能改变的。我们认为USB标准最有可能的改进在于电源线（+5V）。目前的电源线永远是固定的+5V（或者低电压版的+3.3V），其实可以在这根线中增加瞬时低电平脉冲信号作为USB信号方向标志。这个瞬时低电平脉冲信号只用于表明发送一帧数据的开始，并不一定需要在整个发送数据的时间段一直保持低电平，而且电平也不需要低到0，只要低到2/3的高电平可以识别即可。而这样的瞬时低电平并不明显影响USB口的对外设供电能力。我们只能够指望将来可能的USB3.0版本了。
