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Forum: HF, Funk und Felder EMV-Problem bei USB


Autor: cassini (Gast)
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Hallo zusammen,

folgendes Problem:

Gerät mit USB-Anschluß (Schutzklasse 1 also Schutzerdeanschluß) ist mit 
Laptop über USB Verbunden (Laptop-GND hat ebenfalls PE-Potential). Bei 
der Prüfung nach EN61000-4-5 (Surge) bricht die USB-Verbindung ab, und 
muß durch Aus- und Einstecken des Kabels wiederhergestellt werden.

Die Ursache ist klar. Wenn der Störpuls kommt, hebt er das GND-Potential 
an, weil GND mit PE verbunden ist. Dadurch fließt ein Ausgleichstrom 
(vermutlich über die Schirmung der USB-Leitung) zwischen Gerät und 
Laptop. Dieser muß wohl das Busprotokoll stören.

Der Fehler tritt nur bei asymetrischen Störungen (also L1-PE, oder N-PE) 
auf. Wird der Laptop über Batterie betrieben (kein PE-Anschluß) tritt 
auch der Fehler nicht auf. Das GND vom Laptop "schwimmt" quasi frei und 
geht mit der Potentialverschiebung mit.

Frage ist nunw, ie bekommt man das in den Griff ? Weiß jemand Rat, der 
so ein ähnliches Problem schon mal hatte ?

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Es geht um das Geraet mit USB Anschluss...  vielleicht eine 
stromkompensierte Drossel in die Pfade ? Man sollte sich ein genaues 
Bild machen wo der Surge durchfliesst. Und diesen Pfad optimieren, 
sodass er keinen Latchup ausloest. Koennen wie ein Layout sehen ?

Autor: Johannes (Gast)
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Nach meiner Erfahrung bekommt man einen USB-Anschluss in so einer 
Umgebung (beide Seiten geerdet) nur dann betriebssicher, wenn der 
USB-Anschluss zum Rest des Geräts hin galvanisch getrennt ist.

Ich habe bisher nur mit den USB-Chips von FTDI gearbeitet (RS232), da 
geht es relativ einfach, die seriellen Signale mit einem Optokoppler zu 
übertragen.

Tritt der Fehler dann auf, wenn das Störsignal ins USB-kabel 
eingekoppelt wird oder am Netzkabel? Evtl. kann durch Änderungen an der 
Erdung des Schirms etwas verbessert werden, z.B. Schirm nur einseitig 
auf PE legen.

Ich könnte mir vorstellen, dass viele kommerzielle Geräte (Drucker, 
Scanner,...) diesen Test auch nicht ohne Funktionsstörung bestehen, das 
sollte man mal testen.

Vielleicht kann man auch an der Software / am Treiber etwas tricksen, so 
dass der Treiber erkennt, wenn die Verbindung gestört wurde und sich neu 
initialisiert; das wäre dann so ähnlich wie aus- und einstecken des 
USB-Kabels.

Autor: Frank B. (frankman)
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Versuche folgendes:

Netzfilter beim Gerät,
Varistor nahe beim Netzeingang
Versuche auch nach dem Netzteil weiter zu filtern: Inrush-Current 
Begrenzer einplanen (LTC4356 oder TVS-Diode (SMB_XX_CA)


Wenn alles nichts hilft: ADUM 4160 in die USB-Leitung, der ist jetzt 
seit kurzem verfügbar.

Quick and Dirty: Olimex hat ein Evalboard mit dem Chip
Gibts auch bei Farnell: 179-5095

Autor: cassini (Gast)
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@johannes:
Der Surge wird, wie in der Norm gefordert, auf die Netzleitung 
gekoppelt.
Es handelt sich um den bekannten 8/20us Puls mit 1kV symmetrisch und 2kV 
asymmetrisch. Koppelkapazität 18µF über Rs=2R.

@frank.B:
Einen Netzfilter habe ich schon versucht, ohne Erfolg. Das hat mich auch 
verwundert, weil der Filter 1,5mH hat, sollte die Impedanz bei 8/20µs 
schon bei ca. 100R liegen. Aber das Schaltnetzteil hat natürlich einen 
eigenen Netzfilter und auch PFC, so dass der zusätzliche Filter wohl 
keine Rolle mehr spielt. Evtl. geht auch die Induktivität in die 
Sättigung (weil common-mode Drossel, aber asymmetrisch belastet)

Der ADUM4160 wäre mein nächster Versuch gewesen. Das EVAL-Board ist 
schon im Haus. Ich denke auch, daß man damit eine brauchbare Lösung 
erhält.

@hacky: Der Surge flißt über L1 (oder N) nach PE. Ganz witzig: Wenn ich 
die PE vom Gerät direkt an die Masseplatte vom Prüfaufbau klemme, ist 
alles i.O. Wenn ich aber PE über das Gerätenetzkabel "hole" geht es 
schief. Mit der momentanen Konfiguration erreiche ich 1KV asymmetrische 
Störfestigkeit. Die Norm fordert aber 2kV. Bei den Symmetrischen 
Störpulsen funktioniert alles. (Klar, weil PE nicht involviert ist)

Ich frage mich nur, ob es auch einfacher geht. Schließlich gibt es 
Millionen von USB-Geräten, viele davon auch mit Netzanschluß, die müssen 
(eigentlich) alle diesen Störpuls abkönnen, sonst gibt's keine CE. 
Vielleicht bin ich ja etwas naiv...

Übrigens, der USB-Chip ist ein Sylabs CP2102. Eine SW-Lösung wäre 
natürlich auch möglich. Man müßte lediglich einen passenden Treiber 
finden (oder schreiben (lassen)).

Jedenfalls mal mny tnx für die Vorschläge

Autor: Olaf (Gast)
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> Ich frage mich nur, ob es auch einfacher geht. Schließlich gibt es
> Millionen von USB-Geräten,

Welche USB-Slave mit Schutzklasse1 kennst du denn? Das ist doch eine 
Seltenheit.

Olaf

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