Schneiden eines Steckplatzes in einer Leiterplatte mit einer Handfeile für einen USB-Steckverbinder - sind die Ebenen freigelegt und mit dem Steckverbinder kurzgeschlossen?

Ich mache eine HID-Tastatur, die über Micro-USB angeschlossen wird. Leider habe ich einen Fehler im PCB-Design gemacht und einen Steckplatz für den USB-Anschluss verpasst .

Als unternehmungslustiger DIY-Hacker, der ich bin, habe ich eine Handfeile wie diese verwendet , um den Steckplatz auszuschneiden und dann den USB-Anschluss genau darin unterzubringen. Hier ist ein Bild des fertigen Steckers:

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Ich habe 2 Boards zusammengebaut und beide haben seltsame Verbindungsprobleme, wobei das Gerät manchmal funktioniert, aber meistens nur als Fehlfunktion fehlschlägt.

Das Außengehäuse des USB-Anschlusses ist geerdet. Meine Frage ist, ist es möglich, dass ich durch das Feilen die Masseebene und die VDD-Ebene freigelegt habe und jetzt der USB-Anschluss damit kurzgeschlossen wird, wodurch die Fehlfunktion des Geräts verursacht wird?

EDIT: Hier ist ein Bild des PCB-Layouts. Habe den USB-Anschluss und die Entkopplungskappen markiert.

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Holen Sie sich ein DVM und beweisen Sie Ihre Theorie.
@Andyaka - Was ist ein DVM? Voltmeter?
Digitales Voltmeter.
Ja. Das Verschmieren von Kupferflächen oder -spuren ist beim Sägen oder Bohren durch eine Leiterplatte durchaus üblich, es sei denn, Sie wissen, was Sie tun. Ein Schlüssel zum Erfolg sind sehr scharfe Werkzeuge (z. B. Bohrer) und langsames Arbeiten.
@Andyaka - Ich habe es mit einem Multimeter versucht und nichts Seltsames gesehen. Vielleicht versuche ich es mit einem Oszilloskop und sehe, es ist eine gute Idee.
@SteveSh - Danke, ich werde einige neue Boards drucken lassen, wenn dies eine mögliche Ursache für das Problem ist.
Wäre es schwierig, die 4 Verbindungen zum Außengehäuse abzulöten? Versuchen Sie am besten, das zu beheben, was Sie haben, anstatt einen unvorhergesehenen Fehler in ein neues Design zu übernehmen.
@Andyaka - Problem ist, dass das gesamte Gehäuse aus Metall ist. Ich weiß nicht, ob es einen einfachen Weg gibt, sicher zu sagen, dass es keinen Kontakt mit den Flugzeugen gibt.
Fallbeispiel. Vor einigen Jahren mussten wir durch eine Platine bohren, die Strom (+5 V) und GND-Ebenen enthielt, um eine Änderung zu bewirken. Dies wurde von unseren Fertigungsbetrieben durchgeführt. Sie waren vorsichtig und befolgten alle Verfahren. Trotzdem erzeugte ein gewisser Kupferabstrich einen niedrigen Widerstand (kein Kurzschluss) zwischen +5 V und GND. Der Überstrom reichte nicht aus, um das PS zur Strombegrenzung zu bringen (200-A-Versorgung), erwärmte jedoch den Teilkurzschluss, so dass die übermäßige Hitze im Laufe der Zeit dazu führte, dass die Platine Feuer fing oder sich zumindest durch die Hitze verfärbte. Der Kurzschluss hat sich nicht aufgebrannt.
Meiner Erfahrung nach werden die von Ihnen beschriebenen USB-Konnektivitätsprobleme häufig durch ein schlechtes PCB-Layout verursacht - insbesondere der USB D + / D-Signalleitungen. Können Sie uns zeigen, wie Ihr Layout zwischen dem Anschluss und Ihrem USB-IC aussieht?
@SteveSh - Wow, ich bin erstaunt, dass Sie den Fehler bis zum gebohrten Loch verfolgen konnten. Muss wirklich schwierig gewesen sein, das zu finden. Danke fürs Teilen, das deutet darauf hin, dass das Schneiden einer Kerbe mit einer Handfeile, egal was passiert, mit hoher Wahrscheinlichkeit schmerzhaft ist.
@brhans - Habe meinen Beitrag mit einem Bild des PCB-Layouts aktualisiert. Glaubst du, es gibt eklatante Fehler?
@Plasty Grove - Nicht wirklich. Der Geruch und der verbrannte Bereich des Boards waren ein sicheres Zeichen!
Machen Sie die Kerbe, die Sie für den Stecker geschnitten haben, deutlich breiter, damit der Stecker die inneren Ebenen nicht berührt. Wenn Sie die Platine mit einer Kerbe für den Steckverbinder neu gestalten, halten Sie die internen Ebenen von den Kanten des Ausschnitts fern, damit keine Kurzschlüsse zwischen dem Steckverbinder und den internen Ebenen entstehen.
@PeterBennett - Ich kann die Kerbe nicht breiter schneiden, ohne durch die Befestigungslöcher zu schneiden. Guter Aufruf, interne Flugzeuge vom Ausschnitt fernzuhalten, das werde ich mir merken!
Der Abstand Ihrer USB-Spuren ist etwas inkonsistent und ich würde versuchen, andere nicht verwandte Signale von ihnen fernzuhalten. Die Entkopplungskappen allein nützen da drüben an der Seite überhaupt nichts - jede muss direkt neben einem Power-Pin-Paar auf der MCU sein.
@brhans - Danke für die Vorschläge. Ich habe gerade angefangen, PCB-Richtlinien für USB zu lesen, und es sind eine Menge Informationen, die mir nicht bekannt waren.

Antworten (2)

Es gibt mehrere potenzielle Probleme, die ich sehen kann.

Erstens sollten Ihre "Entkopplungskappen" so nahe an den Stiften liegen, dass sie entkoppelt werden sollen (normalerweise die IC-Leistungsstifte). Dies kann alle möglichen seltsamen Verhaltensweisen in digitalen Schaltungen verursachen.

Ihr D+/D- Diff-Paar wird nicht mit konstantem Abstand geroutet, was aufgrund von Impedanzfehlanpassungen zu Signalintegritätsproblemen führen könnte. Wenn es sich jedoch um ein Gerät mit niedriger Geschwindigkeit handelt, ist das viel verzeihender.

Eine dritte Sache, auf dem Foto Ihres Steckers scheint es einen Kurzschluss zwischen einer der Datenleitungen und dem ID-Pin zu geben. Wenn das Kabel ID gegen Masse kurzschließt, würde dies dazu führen, dass die Datenleitung gegen Masse kurzgeschlossen wird. Überprüfen Sie Ihr Löten, erhitzen Sie die Verbindungen mit etwas Flussmittel und untersuchen Sie sie unter einer Lupe oder einem Mikroskop. Sie können auch ein DMM verwenden, um auf Durchgang zu prüfen, um auf Kurzschlüsse zu prüfen.

Vielen Dank für Ihre Hilfe. Ich habe die USB-Anschlussstifte neu gelötet, sodass kein Kurzschluss mit dem ID-Stift aufgetreten ist. Habe auch ein zweites Board zusammengebaut, das das gleiche Problem hat. Auf den Entkopplungskappen vermerkt, könnte ich das Design aktualisieren, um es so nah wie möglich an die IC-Pins zu bringen. Wäre es sinnvoll, auch ein paar in der Nähe des USB-Anschlusses zu platzieren? Denken Sie auch, dass es sinnvoll wäre, den USB-Anschluss viel näher an der MCU zu haben?
@PlastyGrove, die MCU näher an den USB-Anschluss zu stellen, wäre in Bezug auf das Routing eine gute Idee - ich versuche, die Komponenten zusammenzufassen, um die Länge schneller Signale zu minimieren. Langsame Signale wie Tasten und LEDs sind unkritisch und können daher viel länger dauern. Dabei würde ich auch den MCU-Kristall so anordnen, dass er möglichst symmetrisch in der Nähe der XTAL-Pins platziert wird.
Danke, das ist ein sehr guter Rat! Ich werde das Design überarbeiten, um den USB und den Kristall zuerst zu setzen, bevor ich die anderen Komponenten verlege. Denken Sie, dass eine 2-Lagen-Platine in diesem Fall in Ordnung ist? Ich habe online viel Material gesehen, das vorschlägt, 4 Schichten für USB-Designs zu haben. Wäre es in Ordnung, wenn ich den USB ohne Unterbrechung durch andere Spuren und wirklich nahe an der MCU halte und die 2 Schichten behalte?
USB HS scheint 4 Schichten zu erfordern, aber meine MCU unterstützt nur FS, also sollten 2 Schichten ausreichen?

Es gibt keine "Filterung" an Ihrem USB-Port. Auf meinen STM32Fs verwende ich normalerweise 22-Ohm-Widerstände, wie sie es auf den Entwicklungsplatinen tun. Es bereinigt das Augendiagramm des USB.

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Was den Rest des Designs angeht, ist es wahrscheinlich nicht sehr geräuschfest. Wenn Sie Probleme mit zufälligen Aussetzern haben , ist das Design wahrscheinlich anfällig für externes Rauschen, das Packs von USB beschädigt und Aussetzer verursacht ODER durch Gleichtaktrauschen von der USB-Erdung.

Wenn das Design Aussetzer erfährt, wenn sich Menschen in der Nähe befinden oder es berühren, könnte es sich um ein ESD-Problem handeln.

Es sieht so aus, als ob die Diff-Paar-Leitungen vom USB weit über die Platine verlaufen. Es ist normalerweise am besten, den Prozessor so nah wie möglich am USB-Anschluss zu platzieren, um die Diff-Paar-Länge und Übertragungsleitungseffekte zu minimieren, die von langen Diff-Paaren ausgehen (einfacher als Mathe). Ich sehe auch andere Spuren, die sich in der Nähe des USB-Diff-Paares befinden, was die Querkapazität zwischen den Spuren erhöhen und zu einer Rauschkopplung (oder sogar einer ESD-Kopplung) führen könnte.

Danke für die Vorschläge. Ja, ich möchte das Board neu gestalten, beginnend mit dem USB-Anschluss und dem Oszillator und danach mit allem anderen. Ich werde die 22-Ohm-Widerstände auch in das Design einbeziehen, das ist ein guter Tipp. Eine Frage: Glauben Sie, dass dies auch große Auswirkungen auf USB FS hat? Das ist nur 12 MHz IIRC.
Schneiden eines Steckplatzes in einer Leiterplatte mit einer Handfeile für einen USB-Steckverbinder - sind die Ebenen freigelegt und mit dem Steckverbinder kurzgeschlossen?
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