Wie schließe ich die Abschirmung des USB-Anschlusses an?

Damit die Abschirmung wirksam ist, muss eine möglichst niederohmige Verbindung zu Ihrer Abschirmungsmasse hergestellt werden. Ich denke, diese empfehlen Widerstände oder verbinden sie überhaupt nicht mit Masse oder sprechen ausschließlich über Ihre digitale Logikmasse und gehen davon aus, dass Sie eine separate Abschirmmasse haben. Wenn Sie ein Metallgehäuse haben, ist dies Ihre Schirmmasse. Irgendwann muss Ihre digitale Masse mit Ihrer Abschirmmasse verbunden sein. Aus EMI-Gründen sollte sich dieser einzelne Punkt in der Nähe Ihres E/A-Bereichs befinden. Das bedeutet, dass es am besten ist, Ihren USB-Anschluss mit allen anderen E / A-Anschlüssen um einen Abschnitt der Platine herum zu platzieren und Ihre Abschirmung an diesem Ort zum logischen Erdungspunkt zu bringen. Es gibt einige Ausnahmen von der Einzelpunktregel, wenn Sie beispielsweise ein solides Metallgehäuse ohne Öffnungen haben, können mehrere Verbindungspunkte hilfreich sein. Auf jeden Fall, Bei der Verbindung der Abschirmung mit der Masse des Schaltkreises empfehlen einige möglicherweise die Verwendung eines Widerstands oder Kondensators (oder beides), aber selten gibt es einen vernünftigen Grund dafür. Sie möchten eine Verbindung mit niedriger Induktivität zwischen den beiden, um einen Weg für Gleichtaktrauschen bereitzustellen. Warum Rauschen über parasitäre Kapazitäten ableiten (z. B. in die Umgebung abstrahlen)? Der einzige Grund, der normalerweise für solche Taktiken angegeben wird, ist die Vermeidung von Erdschleifen, aber Sie sprechen von USB, Erdschleifen sind höchstwahrscheinlich kein Problem für die meisten USB-Anwendungen. Zugegeben, solche Taktiken verhindern Masseschleifen, aber sie machen auch Ihre Abschirmung so gut wie unwirksam. Warum Rauschen über parasitäre Kapazitäten ableiten (z. B. in die Umgebung abstrahlen)? Der einzige Grund, der normalerweise für solche Taktiken angegeben wird, ist die Vermeidung von Erdschleifen, aber Sie sprechen von USB, Erdschleifen sind höchstwahrscheinlich kein Problem für die meisten USB-Anwendungen. Zugegeben, solche Taktiken verhindern Masseschleifen, aber sie machen auch Ihre Abschirmung so gut wie unwirksam. Warum Rauschen über parasitäre Kapazitäten ableiten (z. B. in die Umgebung abstrahlen)? Der einzige Grund, der normalerweise für solche Taktiken angegeben wird, ist die Vermeidung von Erdschleifen, aber Sie sprechen von USB, Erdschleifen sind höchstwahrscheinlich kein Problem für die meisten USB-Anwendungen. Zugegeben, solche Taktiken verhindern Masseschleifen, aber sie machen auch Ihre Abschirmung so gut wie unwirksam.

Herny Ott diskutiert dies in seinem Buch "Elektromagnetische Kompatibilitätstechnik". Man muss es aus dem Gesamtbild betrachten. IE, was macht der Schild?

Bei niederfrequenten Signalen dient die Abschirmung zum Schutz des übertragenen Signals. Sie möchten vermeiden, dass Stromleitungs-/AM/FM-Funksignale in Ihr Signal eingekoppelt werden, da dies den normalen Betrieb stört. Daher dürfen Sie GND nicht an beiden Enden verbinden. Masseschleifen führen dazu, dass kleine Geräusche in Ihr Signal eingekoppelt werden, daher muss die Masseschleife unterbrochen werden. Das bedeutet nicht, dass Sie den Schild hängen lassen. Sie sollten die Abschirmung des Kabels an Ihr Gehäuse binden, und bei Bedarf (wie im Fall von Koax) können Sie die Masse Ihres Stromkreises an denselben Punkt binden. Aus den oben genannten Gründen möchten Sie für niedrige Frequenzen so oft wie möglich Einzelpunkterdung verwenden.

Für Hochfrequenzsignale gilt jedoch das Gegenteil. Sie sind normalerweise digitale Signale mit sehr hohen Frequenzen. Selbst wenn etwas Rauschen eingekoppelt wird, sollte die digitale Natur der Elektronik sowie die Filterung den normalen Betrieb problemlos aufrechterhalten. Sie möchten die Emissionen der Datensignale reduzieren, NICHT vor Strahlung schützen. Aus diesem Grund sollte der Pfad mit der niedrigsten Impedanz an BEIDEN Enden mit der Abschirmung verbunden werden. Ja, es wird Masseschleifen geben und Rauschen wird eingekoppelt, aber das spielt keine Rolle. Bei Hochfrequenz wird eine Mehrpunkterdung bevorzugt.

Überprüfen Sie, ob der Hersteller Ihres USB-Chips die Spezifikationen für Sie enthält. Ich bin mir ziemlich sicher, dass Cypress einen 1-M-Widerstand und eine 4,7-nf-Kappe empfiehlt, um die Abschirmung mit Masse zu verbinden. Die beiden Abschirmlöcher sollten mit einer sehr großen Spur verbunden sein (ich glaube, sie haben 100 mil vorgeschlagen?)

Möglicherweise widersprüchliche Richtlinien:

USB-Typ-C-Spezifikation :

Das Buchsengehäuse muss mit der Erdungsebene der Leiterplatte verbunden werden.

[Aber durch was verbunden?]

Cypress -Leitfaden für ein erfolgreiches EZ-USB®FX2LP™-Hardwaredesign (ehemals Empfehlungen für Hochgeschwindigkeits-USB-PCB-Layouts ):

• Verbinden Sie den SHIELD-Anschluss über einen Widerstand mit GND. Dies hilft bei der Isolierung und reduziert EMI- und RFI-Emissionen. Halten Sie diesen Widerstand in der Nähe des USB-Anschlusses. Einige Experimente können notwendig sein, um den richtigen Wert zu erhalten.
• Stellen Sie eine Ebene für die USB-Abschirmung auf der Signalschicht neben der VCC-Ebene bereit, die nicht größer als der USB-Header ist.

Intel EMI-Designrichtlinien für USB-Komponenten :

Die Hauptherausforderung für die EMI-Konformität von Geräten mit voller Geschwindigkeit besteht darin, zu verhindern, dass Hochfrequenzenergie an die Abschirmung gekoppelt wird.

Full-Speed-Geräte verwenden ein abgeschirmtes Kabel, das erfordert, dass das Steckergehäuse mit der Erdungsebene verbunden ist. Es ist wichtig zu beachten, dass sich eine Masseebene bei hohen Frequenzen nicht wie eine Äquipotentialfläche verhält. Die Position des Anschlusses des Steckergehäuses an der Gnd-Ebene ist kritisch. Die Verbindung muss im ruhigsten Bereich der Masseebene hergestellt werden, um zu verhindern, dass Rauschen von der Masseebene auf die Abschirmung gekoppelt wird ...

usw.

Google nach "USB-Richtlinien"

Der Schirm sollte nicht geerdet werden. Es ist natürlich am Hostende geerdet.

Ich basierte ein Projekt auf einer Designspezifikation, die einen 33k-Widerstand forderte, der die USB-Abschirmung mit der Masseebene verbindet. Es war ein Projekt für Amateurfunk, also wurde meine Platine praktischerweise in der Nähe eines empfindlichen EMI-Detektors platziert!

In meinem Fall musste ich den 33k-Widerstand entfernen und die USB-Abschirmung direkt mit der Masseebene meiner Leiterplatte kurzschließen, um die EMI zu beseitigen.

Die Gefahr, Ihre Abschirmung direkt mit Masse zu verbinden, besteht darin, dass diese Verbindung als Sicherung zwischen den beiden Stromversorgungssystemen dienen könnte, wenn zwei Geräte „Massen“ auf unterschiedlichen Potenzialen haben und diese Quellen eine erhebliche Gleichstromkapazität haben.

Denken Sie daran, dass ein Kondensator bei seiner Resonanzfrequenz fast einen Kurzschluss hat und im Allgemeinen auf einem ziemlich breiten Band um diese Frequenz herum leitet, sodass ein Kondensator zwischen der Abschirmungsmasse und der Systemmasse oft der notwendige Kompromiss ist.

Ich entwerfe Datenbuskommunikation für Kraftfahrzeuge, und einige Standards verlangen, dass nur ein Gerät die Abschirmung direkt mit Masse verbindet, und der Rest der Geräte muss dies über einen Reihen-RC tun. Ein Kfz-Datenbus ist deutlich langsamer als USB 2.0, aber die Risiken sollten ähnlich sein. USB 3.0 könnte jedoch ohne solide Schirmverbindungen schwierig zu warten sein. Das (5 bis 10 GHz) liegt außerhalb des Bereichs meiner derzeitigen Designerfahrung.

Nun, da es scheint, dass wir eine andere Antwort brauchen, werde ich dafür stimmen, es durch einen ESD-Schutzchip wie den USBLC6 zu erden . Es hat bei mehreren Projekten für mich gut funktioniert – keine offensichtliche Zerstörung von Komponenten durch ESD und keine Probleme mit der Datenintegrität. Ich denke, es wäre zumindest ein wenig verdächtig, wenn STmicroelectronics einen solchen Chip herstellt und sich bewusst ist, dass ein Widerstand, ein Kondensator oder ein Masseschluss genauso gut wäre.

Ich weiß nicht, ob dieser Erfolg darauf zurückzuführen ist, dass es das Richtige ist, oder einfach nur dummes Glück. Angesichts der großen Vielfalt an Antworten wäre ich versucht zu sagen, dass es niemand tut.

Bei der Arbeit verbinden wir Ethernet-Buchsen direkt mit Masse. AFAIK, dies ist dasselbe wie das vorliegende Problem, obwohl das Ethernet-Kabel kein Massesignal überträgt. Es scheint zu funktionieren und wurde von jemandem mit mehr Erfahrung als ich entschieden.

Ich verwende einen Widerstand zwischen 10K und 50K. IIRC Ich habe in einem FTDI-Anwendungshinweis einen Wert von 33K gesehen.

Ich würde alle Verbindungen auf den Schaltplan setzen.

Siehe EMI und USB , wo empfohlen wird, beide Enden zu erden, um EMI-Übertragungen bei den für die USB-Datenübertragung verwendeten Frequenzen zu verhindern.

Nicht nur die EMI ist das Problem. Sie müssen wissen, dass Sie jedes Mal, wenn Sie das Kabel an den Stecker anschließen, einen ESD-Entladungsimpuls erhalten. Das ist gefährlich für die Elektronik. Also würde ich den USB-Shild niemals direkt an Masse anschließen.

Ich denke, ESD-Schutzchip und dickere Leiterbahnen mit mehr als 100 mil zwischen Abschirmung und Erde wären eine gute Wahl.

Außerdem sorgen mehr Nähte um die Abschirmung herum für einen Faraday-Käfig für das Rauschen.

Ich habe mehrere Boards entworfen und immer FTDI-Chip (FT245R) verwendet. Das Datenblatt weist eindeutig darauf hin, dass die Abschirmung mit GND verbunden werden muss. Das gleiche GND des Chips, das die Masse der Leiterplatte ist!