Mikrocontroller an PC über USB - muss ich Isolierung verwenden?

Ich möchte meinen Mikrocontroller (dsPIC33E) über USB mit einem PC verbinden. Da der jeweilige Mikrocontroller keine eingebaute Hardware für das USB-Protokoll hat, muss ich einen externen Chip (z. B. TUSB1106PWR oder MAX3454EEUD+) verwenden, dh einen USB-Transceiver, den ich an einen UART-Port des Mikrocontrollers anschließen möchte.

Der Mikrocontroller hat eine eigene isolierte Stromversorgung (3,3-5 V), und was ich wissen möchte, ist, muss ich den Datenbus über Optokoppler isolieren?

Bei der Stromversorgung gibt es aus meiner Sicht drei Möglichkeiten:

  1. Um eine separate (isolierte) Stromversorgung für den Mikrocontroller zu verwenden. Dieselbe (isolierte) Stromversorgung wird verwendet, um den USB-Chip zu versorgen, dh Spannungsversorgungs- und Erdungspins an einem USB-Anschluss sind NC.
  2. Der Mikrocontroller wird von seiner eigenen (isolierten) Stromversorgung versorgt, und der USB-Chip wird von dem USB-Anschluss/Kabel versorgt.
  3. Alles wird vom USB versorgt - der Mikrocontroller und der USB-Chip. In diesem Fall muss ich die Isolierung nicht verwenden.

Ergänzung zur Ausgangsfrage:

Nehmen wir an, ein Mikrocontroller hat seine eigene (isolierte) Stromversorgung, und dieselbe Stromversorgung wird zur Versorgung des USB-Transceivers verwendet. Jetzt hat der PC eine eigene (möglicherweise isolierte) Stromversorgung. Ich habe genau so eine Situation.

Ich werde jetzt eine Reihe von Fragen schreiben, ich entschuldige mich, wenn ich die Fragen zu stark vereinfacht habe. Einfach ja oder nein genügt bei einem Bezug auf eine Frage:

Q1. Wenn die beiden Massen nicht miteinander verbunden sind, liegt zwischen den beiden Massen keine Spannung an, da kein Bezugspunkt vorhanden ist - richtig?

Q2. Wenn wir die beiden Gründe miteinander verknüpfen, wird dies zu einem Bezugspunkt für das gesamte System. Wenn beide Versorgungen isoliert sind oder zumindest eine davon, dann gibt es keine Spannungsdifferenz zwischen den beiden Erdungen. Wenn wir sie miteinander verbinden, würden wir einfach auf diese beiden Gründe verweisen - richtig?

Q3. Wenn die beiden Netzteile nicht isoliert sind und beide an das Wechselstromnetz angeschlossen sind, kann etwas wirklich Schlimmes passieren, da die beiden Erdungen ein unterschiedliches Potenzial haben können und beide auf N bezogen sind. Wenn wir die beiden verbinden "Masse" zusammen, aufgrund der Spannungsdifferenz fließt Strom vom höheren zum niedrigeren Potential, und je nach Spannungsdifferenz kann etwas verbrannt werden - richtig?

Q4. Da D+ und D- von der PC-Seite kommen, wäre der USB-Transceiver nicht in der Lage, Spannungspegel auf D+ und D- darzustellen, wenn wir die beiden Erdungen nicht miteinander verbinden, da es keinen Referenzpunkt gibt - richtig?

Q5. Wenn der USB-Transceiver in einem differentiellen Modus arbeitet (er sucht nach der Spannungsdifferenz zwischen D+ und D-), müssen wir überhaupt nicht auf die Masse des PCs verweisen, dh wir müssen die beiden Masse nicht miteinander verbinden - richtig ?

In Ihrem Fall müssen Sie nicht isolieren und die folgenden Antworten sind in Ordnung. Es gibt jedoch USB-Isolationsgeräte speziell für diesen Zweck (dh nicht nur Optokoppler). Sie senken die maximale Geschwindigkeit erheblich, tun es aber, wenn Sie mit hohen Spannungsunterschieden zwischen PC und Gerät arbeiten.
@scld Können Sie bitte erklären, was Sie mit "Hochspannungsunterschieden zwischen PC und Gerät" meinen? Wann wird so etwas passieren? Wenn ich die beiden Erdungen verbinde, was ich anscheinend tun muss, um die Spannungspegel auf den Leitungen D + und D- zu referenzieren, sollte dies nicht passieren. In welchen potenziellen Situationen würde ich einen Isolations-USB-Chip benötigen? Danke!
Ich habe mastmontierte Geräte hergestellt, die beim Testen auf Laborebene von isolierten Netzteilen mit Strom versorgt werden, und der Unterschied zwischen der USB-Abschirmung meines PCs und der Masse des zu testenden Geräts könnte in Volt gemessen werden. In einigen Fällen reicht es aus, analoge Messungen zu ruinieren. In anderen Fällen reicht es aus, ein PC-Motherboard zu ruinieren. Außerdem kann man nicht immer nur zwei Gründe miteinander verbinden. electronic.stackexchange.com/questions/35800/…
@scld Ich habe meinen ursprünglichen Beitrag um einige Überlegungen (zusätzliche Fragen) zu Ihrer Antwort erweitert. Ich entschuldige mich, wenn dieser Kommentar gegen die Community-Regeln verstößt. Bitte warnen Sie mich, wenn es gegen die Regeln verstößt, in diesem Fall werde ich den Kommentar löschen. Danke!
@Marko Können Sie uns sagen, wofür Ihr Gerät gedacht ist? Andererseits würde ein grobes Blockdiagramm auch helfen, Ihre Fragen zu verstehen (auch wenn das Diagramm nicht sicher ist, wo und wie isoliert werden soll).

Antworten (2)

Sie müssen sich nicht isolieren. Wenn Sie dies nicht tun, müssen Sie die Masse der Stromkreise zusammenbinden, wenn Sie die separate Stromversorgung verwenden.

Das heißt, während Sie Ihre Entwicklung vorantreiben, könnten Sie es einfach vermasseln und böse Dinge tun. Ich empfehle die Verwendung eines USB-Hubs, bis Sie wissen, dass alles perfekt ist. Auf diese Weise zerstören Fehler eher Ihren Hub als den USB-Anschluss oder das Motherboard Ihres Computers.

Sie können entweder die externe Stromversorgung verwenden oder den USB-Bus verwenden, um sich mit Strom zu versorgen, je nachdem, wie viel Strom Sie benötigen.

Sie könnten auch überlegen, warum Sie das Projekt überhaupt durchführen. Wenn es sehr wichtig ist, dass Sie einen sehr ruhigen Boden haben, können Sie sich für eine Isolierung entscheiden. Einfach isolieren und einen ruhigen Boden garantieren sind natürlich zwei verschiedene Dinge.

Ok, wenn ich das richtig verstehe, wenn der Mikrocontroller von seiner eigenen (isolierten) Stromversorgung versorgt wird, sollte der USB-Chip auch von dieser Stromversorgung versorgt werden, dh die Spannungsversorgungsleitung vom USB-Kabel ist NC. Aber sollten die beiden Gründe miteinander verbunden werden? Wenn ich jedoch D + und D- über Optokoppler isoliere, muss ich in diesem Fall die beiden Erdungen nicht verbinden? Danke für die Hilfe!
Wenn Sie isolieren, dann binden Sie die Gründe zusammen, Sie sind nicht länger isoliert! Wenn die beiden Teilschaltungen ohne Isolator sprechen, müssen sie eine gemeinsame Referenz haben, was durch Zusammenbinden der Masse erreicht wird. Wenn sie mit einem Isolator sprechen, müssen und sollten Sie das Gelände nicht zusammenbinden.

Der Mikrocontroller hat eine eigene isolierte Stromversorgung (3,3-5 V), und was ich wissen möchte, ist, muss ich den Datenbus über Optokoppler isolieren?

Du kannst nicht. Der USB-Datenbus ist bidirektional und für einen typischen Optokoppler ohnehin viel zu schnell. Es gibt einige USB-Isolatoren (z. B. ADUM4160 , LTM2884 ), aber sie sind ziemlich ungewöhnlich, teuer und schwierig zu handhaben.

Aber wahrscheinlich brauchst du das nicht. Sofern Sie nicht etwas sehr Ungewöhnliches tun, besteht im Allgemeinen keine Notwendigkeit, USB-Geräte zu isolieren. Verbinden Sie die D+/D- und GND-Leitungen direkt durch und versorgen Sie den Mikrocontroller entweder über USB +5V oder über eine separate 5V-Versorgung.

Ja, ich hatte Angst, dass USB nicht mit (kostengünstigen) Optokopplern isoliert werden kann. Also muss ich in einem Fall, in dem ich eine separate (isolierte) Stromversorgung für den Mikrocontroller und den USB-Chip verwende, nur die beiden Erdungen verbinden, um auf die Spannungspegel D + und D- zu verweisen? Danke für die Antwort!
Mikrocontroller an PC über USB - muss ich Isolierung verwenden?
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