USB-Signal fällt bei niedriger Temperatur ab

Das Signal, wie gezeigt, zeigt an, dass Sie irgendwo in der USB-Hochgeschwindigkeitsübertragungsleitung eine AC-Entkopplung haben, da jedes der D+- und D-Signale (links auf dem Bildschirm) relativ zu in den positiven und NEGATIVEN Bereich zu schalten scheint Gemeinsamkeit. Die HS-Leitungen sollten direkt verbunden sein, keine DC-Sperrkappen wie bei der USB3.0-Signalisierung.

Bei normaler HS-Signalisierung schwingen sowohl D+ als auch D- nur von Masse nach oben, nicht in den negativen Bereich. Es kann zu Unterschreitungen kommen, jedoch nicht in dem im Oszillogramm angezeigten Ausmaß.

BEARBEITEN: Häufig tritt diese Art von seltsamer Signalisierung und allerlei instabilem Verhalten auf, wenn der untere Slug auf dem Chip nicht an ein PCB-Pad gelötet ist, das mit einer Vielzahl von Durchkontaktierungen mit einer festen Signalmasseebene in internen Schichten verbunden werden muss.

EDIT2: Dies ist kein Augendiagramm, wie es in den USB-IF-Spezifikationen definiert ist. Weitere Informationen finden Sie in diesem Agilent/keysight-Dokumentfür notwendige Ausrüstung (Prüfvorrichtungen) und korrekte Verfahren. Es ist unklar, welches Muster angezeigt wird, vom Host oder vom Hub oder nach dem Hub. Obwohl das Signal nicht gemäß den USB-Spezifikationen statistisch gemittelt wird, gibt es in jedem Fall eine „rote Flagge“: Die Kurve Nr. 2 zeigt eine Durchschnittsfrequenz von 239,62 MHz (vorausgesetzt, Ihr Oszilloskop ist werkseitig kalibriert). Somit beträgt die Abweichung von den nominellen 240 MHz 0,4/239,6 = 0,001669 oder 1669 ppm. Dies liegt mehr als dreimal außerhalb der erforderlichen 500 ppm. Es ist wahrscheinlich, dass die Temperaturänderung zu einer zu starken Frequenzverschiebung führt, die außerhalb der erweiterten Toleranz von Host-Empfängern liegt. Überprüfen Sie die Stabilität und den Phasenabstand des Quarzoszillators, der den USB-Hub speist.

EDIT3: In Bezug auf den USB-Protokollanalysator kenne ich nur zwei Instrumente, wenn Sie USB 3.0+-Verkehr debuggen möchten, Ellisys Explorer 350 und Teledyne / LeCroy Advisor T3 (am erschwinglichen Ende der Modelle, 2.500 US-Dollar). Wenn Sie die Funktionalität nur auf USB 2.0 beschränken möchten, stehen einige Instrumente zur Verfügung, beginnend mit Beagle USB 5000 für 500 US-Dollar. Sie müssen jedoch ein bis zwei Jahre üben und sich mit dem USB-Protokoll auskennen, um einen Sinn aus den Spuren zu ziehen und Busereignisse richtig zu interpretieren.

LETZTES UPDATE: Nachdem ich alles Signalbezogene getestet hatte, legte ich ein Oszilloskop auf die 5-V-, 3,3-V- und 1,2-V-Busspannungen und bemerkte, dass der 1,2-V-Bus eine Welligkeit von 800 mV hat ... das Ändern der Ausgangskappe des Reglers auf 100 uF reduzierte die Welligkeit auf 50mV und jetzt arbeitet das Board bei -20C!

Auf halbem Weg durch Ihre Frage vermutete ich als erstes, dass sich ein Entkopplungskondensator schlecht verhielt, entweder aufgrund eines erhöhten ESR oder eines Kapazitätsverlusts, der die Welligkeit erhöhen oder Ihren Spannungsregler instabil machen kann.

Haben Sie Y5V-Kappen anstelle der von Ihnen angegebenen X7R erhalten? Ihre Augen werden den Unterschied nicht erkennen, und MLCCs haben keine Markierungen, aber die Kapazitätsvariation gegenüber der Temperatur ist signifikant ...

( Quelle )

Auch Elektrolyte mögen Kälte nicht.

Beachten Sie, dass dies ein Werbedokument des Herstellers ist und er OSCON-Kappen verkaufen möchte, sodass die Grafik OSCON-Kappen gut aussehen lässt. Aber ... Standard-Elektrolytkappen mögen immer noch keine niedrigen Temperaturen, während Polymerkappen gut funktionieren. Datenblatt prüfen...

Der ESR von Tantalkappen hängt auch von der Temperatur ab:

( Quelle )

Sie haben also die Kapazität erhöht und es hat funktioniert. Das bedeutet nicht, dass das Problem gelöst ist. Vielleicht ist die Anzahl der problematischen Boards zurückgegangen, aber das ist immer noch nicht akzeptabel.

Überprüfen Sie die Kapazität und den ESR gegenüber der Temperatur Ihrer Kappen im Vergleich zu den Stabilitätsbedingungen Ihres Spannungsreglers. Wenn Sie feststellen, dass die Stabilitätsbedingungen bei niedriger Temperatur mit der vorherigen Kappe nicht erfüllt wurden, dann haben Sie eine Antwort.

Ihr Problem könnte auch ein geringfügig stabiles LDO sein, das bei Kälte instabil wird. Überprüfen Sie also das LDO-Datenblatt, was sagt es über die Temperatur?

"Marginally stable LDO" kann zB am Layout oder falschen Caps (Input und Output) liegen. Vielleicht wurde es instabil, weil der LDO selbst kühler war und nicht die Kappen, und vielleicht hat eine größere Kapazität dies behoben. Vielleicht liegt das Problem an der Kappe am Eingang des LDO, die vom Assembler durch Y5V ersetzt wurde? Wer weiß?

Was ich sagen will, ist, sagen Sie nicht einfach "behoben", bevor Sie es noch einmal überprüfen.