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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik USB galvanisch isoliert


Autor: Mehmet Kendi (mkmk)
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Guten Tag allerseits

Bei einem Projekt muss ich die USB-Verbindung zwischen PC und
Telefonzentrale galvanisch isolieren. Das Dumme ist, dass eine Software
auf dem PC laeuft; d.h., die Isolation muss sowohl für die PC Seite wie
auch für die Equipment Seite transparent sein. Eine Lösung mit 2 FT232R
und einer Isolation dazwischen würde - meiner Meinung nach - nicht
klappen, das ja der FT232R seine eigenen DLL-Driver mitbringt und die
existierende Software auf eigene Driver zugreift.

Meine Irrfahrten durch alle möglichen Webseiten der Chip-Hersteller und
USB-Tutorial-Seiten haben mir gezeigt, dass das Ganze nur mit Chips wie
dem ISP1105, MAX3344 o.ä. klappen kann. Und wenn die ins Spiel kommen,
kommt CPLD ins Spiel. Tja, und damit wird's (für mich) zu
kompliziert.

Meine Frage nun: gibt es eine einfachere Lösung, die ich übersehen
habe?

MfG

Autor: Rufus Τ. Firefly (rufus) (Moderator) Benutzerseite
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Ja. Es gibt USB-Extender, die mit Glasfaserleitungen arbeiten.
Anstelle des bisherigen USB-Kabels verwenden, fertig.

Autor: Mehmet Kendi (mkmk)
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Danke für die prompte Antwort, Rufus. Vergass zu erwaehnen, dass das
Ganze in Serie hergestellt werden soll (jaehrlich 500 - 1000) und somit
auch irgendwie bezahlbar sein soll. USB-Extender scheiden also aus.

Autor: Thomas K. (_tom_)
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Wie wäre es, wenn man den FT232R zwar per USB speisen würde, dafür aber
auf der Seite zur Telephonzentrale mit z.B. Optokopplern isolieren
würde?

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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Lösungen mit FT232R scheiden aus, weil der ja schon das USB Protokoll
dekodiert, also seinen eigenen Treiber braucht.

Mehmet will ja ohne die (Vorhandenen) Treiber neuschreiben zu müssen
den USB-Bus galvanisch trennen.

Diskret mit nur zwei Optokopplern wird das nicht gehen, da müsste schon
eine Logik her, die die aktuelle Übertragungsrichtung erkennt und
entsprechend die Optokoppler steuert.

/Ernst

Autor: Klaus (Gast)
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Nur 'ne Idee, ohne Gewähr ob sowas technisch (preiswert) realisierbar
ist: Pulse Tranformer , kleine Trafos verwenden.

http://www.maccon.de/transformers.html

Autor: Mehmet Kendi (mkmk)
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An Trafos hatte ich auch schon gedacht. Aber USB beginnt bei 1,5Mbit/s
und endet bei 480Mbit/s. Ob ein Trafo die Signale da noch sauber
übertraegt? Auch hat USB, wenn keine Daten übertragen werden, auf den
Leitungen D+/D- eine permamente Gleichspannung. Und, und, und. Weshalb
ich von dieser Idee wieder abkam.

Autor: Uwe Bonnes (Gast)
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USB beginnt nicht bei 1,5Mbit/s sondern bei 0. Zur Erkennen des
Ansteckens oder Anstecken und der Devicetyps werden Gleichspannungen an
D+ und D- verwendent.

Autor: Michael (Gast)
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Trenn doch erst nach dem FT232 galvanisch, also zwischen FT232 und UART

Autor: ,,,, (Gast)
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> Aber USB beginnt bei 1,5Mbit/s und endet bei 480Mbit/s.

Gibts nicht auch Übertrager für Gigabit-LAN, oder ist das nicht
vergleichbar?

Autor: Mehmet Kendi (mkmk)
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@Uwe Bonnes
Sei nicht paepstlicher als der Papst ;)

Autor: Rufus Τ. Firefly (rufus) (Moderator) Benutzerseite
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Ist denn die Telephonanlage etwas von Deiner Firma entwickeltes? Dann
könnte deren USB-Interface entsprechend modifiziert werden. Zwischen
den bus-powered USB-Baustein und den Rest müssten halt Optokoppler
eingebaut werden; bei seriellen Lösungen mit FT232 etc. ist das mit
ziemlich wenig Aufwand verbunden. Bei anderen USB-Controllern kann das
hingegen ziemlich aufwendig werden.

Wenn das aber nicht der Fall ist, also die Telephonanlage ein fertiges
und unveränderliches Produkt ist, dann wird Dir wenig anderes übrig
bleiben als Dich mit der in den von mir bereits angesprochenen
USB-Extendern verbauten Technik vertraut zu machen.

FT232 und Konsorten sind für diese Aufgabe jedenfalls vollkommen
ungeeignet.

Auch LAN-Übertrager sind per se wohl nicht geeignet; USB ist zwar auch
eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung, aber im Gegensatz zum LAN bidirektional
auf einem Adernpaar. Ob sich das mit einem Übertrager vertragen mag?

Einige grundlegende Fragen:
- Warum muss die Telephonanlage galvanisch vom PC getrennt werden?
- Was für Daten sollen über die USB-Schnittstelle übertragen werden?
Konfigurationsdaten oder Nutzdaten (Internetzugang o.ä.)?
- Ist die Telephonanlage weniger als 5m weit vom PC entfernt? Wenn sie
weiter weg steht, scheidet USB als Schnittstelle sowieso aus, sofern
kein USB Extender verwendet wird.
- Sofern es um Konfigurationsdaten geht: Warum wird das nicht, wie bei
anderen Telephonanlagen auch, über einen S0-Bus erledigt? Der nämlich
ist galvanisch getrennt.

Autor: Mehmet Kendi (mkmk)
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Servus Rufus

Also zu Deinen Fragen:
- Nein, die Zentrale wurde nicht von mir entwickelt
- Warum galvanische Trennung: Weil hier in der Türkei die
Stromversorgung etwas chaotisch ist. In den meisten Gebaeuden gibt es
keine Erdung. Oder eine Erdung nur für PC's, die nachtraeglich
installiert wurde und meist nichts taugt. Oder der N-Leiter ist zu
schwach usw. usf.
Deshalb will der Hersteller eine galvanische Trennung zwischen sich und
dem Chaos.
- Daten die übertragen werden: Konfiguration der Zentrale und
(hauptsaechlich) Uebermittlung der Gespraechstdaten (TelefonNummer,
Zeit, Dauer etc.)

- Distanz nicht laenger als 2m

Ich werde mal Deinen Ratschlag befolgen und die Sache mit den
USB-Extendern etwas naeher anschauen.

Gruss

Autor: peter dannegger (Gast)
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Zumindest früher war es Pflicht, daß in Telefonanlagen alles doppelt und
dreifach getrennt war. Der Amtsanschluß sowieso und die ganzen
Nebenstellen von der Steuerung auch.

Telefonanlagen strotzen doch nur so vor Übertragern, Relais und
Optokopplern.


Wenn die Telekom mitkriegt, daß auch nur ein falsches Milliamperchen
über ihre Leitungen fließt, kriegst Du aber ordentlich eins auf den
Deckel.


Hast Du mal gemessen, ob der USB wirklich galvanisch mit einem der
anderen Anschlüsse verbunden ist und die Anlage trotzdem zugelassen ist
?


Peter

Autor: Gast ein Anderer (Gast)
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Wenn der USB-Extender schon zu teuerist, kommt der USB
Interface-Isolator von Meilhaus mit 250 EURO sicher auch viel zu
teuer.
http://www.meilhaus.de/usbmobil/index.htm

Autor: Thomas (Gast)
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USB galv. zu trennen ist der falsche Ansatz. Ich würde halt
einen std USB Controller nehmen und dann über eine SPI o.Ä.
die galvanische Trennung machen. Spart einiges an Entwicklungs-
aufwand und man ist von der Funktion her variabel.
Der FT232 scheidet ja wohl aus das wäre die einfachste Möglichkeit.

Autor: Justin (Gast)
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Es kommt vielleicht etwas spät, aber besser spät als nie. Die beste 
Lösung ist immer noch die hier: 
http://www.baaske.net/usb_galvanisch_trennen.html
Gruß
Justin

Autor: Rufus Τ. Firefly (rufus) (Moderator) Benutzerseite
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Ich zitier' mich mal:

> Autor: Rufus t. Firefly (rufus) (Moderator)
> Datum: 07.03.2006 11:10
>
> Ja. Es gibt USB-Extender, die mit Glasfaserleitungen arbeiten.
> Anstelle des bisherigen USB-Kabels verwenden, fertig.

Autor: Robert Gupe (Gast)
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Ich habe so ein Gerät für Strecken bis zu 10 Kilometern Leitungslänge 
(!) ausfindig gemacht:

http://www.csid.de/Range-Extender-USB-20/USB-Range...

Autor: Matthias (Gast)
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Toll! Kostet ja nur läppische 1.300 Euro + Märchensteuer + Versand.
Nur hier wurde von max. 2m geredet, die "fast nix" kosten dürfen.

Autor: STK500-Besitzer (Gast)
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Jetzt würde mich ja interessieren, wie Mehmet das Problem gelöst hat.
Der Thread ist ja schon etwas angegraut...

>Ich habe so ein Gerät für Strecken bis zu 10 Kilometern Leitungslänge
>(!) ausfindig gemacht:

Dafür darfst du dir einen Keks nehmen.

Autor: Mehmet Kendi (mkmk)
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Es waere ein Auftrag einer deutschen Firma gewesen; den ich aber aus 
Mangel an Fachkenntnis nicht annehmen konnte.
Soweit ich mitgekriegt habe, hat auch keine andere Firma diesen Auftrag 
ausgeführt. Entweder auch aus Mangel an Fachkenntnis, oder, weil die 
Firma dieses Vorhaben nicht weiter verfolgt hat.

Autor: Christian (Gast)
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Ich schlage mich aktuell mit einem ähnlichem Problem herum und habe dazu 
etwas interessantes gefunden:

http://www.nve.com/IsolatorApplications.php#IsolatedUSB

Mfg Christian

Autor: Christian R. (supachris)
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Christian wrote:
> Ich schlage mich aktuell mit einem ähnlichem Problem herum und habe dazu
> etwas interessantes gefunden:
>
> http://www.nve.com/IsolatorApplications.php#IsolatedUSB
>
> Mfg Christian

Nun ja, aber das ominöse USBOB Signal kommt nun mal aus einem normalen 
USB Anschluss nicht raus.

Autor: Chris (Gast)
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Doch, man muß nur 2 PHY back to back betreiben, z.B. STULPI01, dann
hat man eine transparenten USB-Repeater mit direction Signalen, es
gibt aber teilweise auch Hubs, welche sowas liefern können.

Autor: Guido Körber (Gast)
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Seufz!

Nein, hat man nicht. Ohne die Information in welche Richtung die Daten 
laufen geht das nicht.

Autor: TUTU (Gast)
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Autor: Antwort (Gast)
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Ich würde für die galvanische Trennung einfach 2 ISO7221AD verwenden.

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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Antwort schrieb:
> Ich würde für die galvanische Trennung einfach 2 ISO7221AD verwenden.

Und wierum gepolt?

Scroll mal hoch, so zu 2006... Du brauchst eine Richtungserkennung, da 
jede Ader sowohl zum Senden als auch zum Empfangen verwendet wird.

Der ADUM3160 implementiert das.

Autor: Hannes (Gast)
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Hi,


hier bietet jemand USB Hubs mit galvanicher Trennung an:

Beitrag "[V] optisch isolierten USB Hub"

Gruß,

Hannes

Autor: ich habe fertig (Gast)
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Autor: Matthias W. (matt007)
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Ja, es gibt ja nun diese Bausteine ADuM3160 und ADuM4160.

ELV bietet sowas an mit einem Schalter zur Wahl Lo-Speed und Full-Speed.
Das kostet im Design noch mal einen Optokoppler, da ja auf beiden Seiten 
der Isolation die Geschwindigkeit umgeschaltet werden muss.

Kann jemand sagen was diese Umschaltung bringt? Wenn ich Daten schicke 
an einen ATmega32U2 über einen Laptop - in welcher Stellung soll der 
Schalter da stehen? Umschalten im Betrieb macht ja wenig Sinn - oder?

Autor: tex (Gast)
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@ Mehmed
Die galvanische Trennung ist generell ein gutes Mittel der E-technik, um 
technischen Problemen zu begegnen. Leider wird sie all zu gerne 
missbraucht um Anlagen- und Konzeptionsfehler zu unterdrücken.
Dabei wird gerne schnell nach galvanischer Trennung geschriene, obschon 
dieses unnötig, falsch oder sogar lebensbedrohlich ist.

In Deinem Fall ist von letzterem auszugehen. Außerdem wirst Du durch die 
galvanische Trennung nicht erreichen was Du erwartest, sondern genau das 
Gegenteil davon.

Sowohl Deine Telefonanlage, als auch Dein PC hängen an einem desolaten 
Netz. Nun versuchst Du, durch die Isolation (für ein paar Cent) der 
beiden die Mängel an der Installation (für mehrere Millionen Euro) und 
dem Netz zu kompensieren. Das kann eigentlich schon von der ersten 
Überlegung her nicht funktionieren.

Da Dein Problem das Netz ist und nicht die Verbindung zwischen PC und 
Telefonanlage und Du das türkische Netz nicht sanieren kannst, musst Du 
die Störungen aus dem Netz von Deinem System fernhalten.

Dazu verwendet der Fachmann ein IT-Netz (was aber nichts mit 
Informationtechnologie zu tun hat sondern mit isolierten (I) und 
geerdeten (T - für Terra) Sternpunkten.
Dazu schaltest Du Deine Telefonanlage und Deinen PC an einen 
handelsüblichen Trenntransformator (beide an einen oder an jeweils 
einen, das ist Geschmackssache). PC und Telefonanlage verbindest Du 
sicher mit einem ordentlichen Schutzleiter.
Schon bist Du gegen alle Unbillen des gestörten Netzsystems sicher 
geschützt haste eine ordentliche Datenübertragung zwischen PC und 
Telefonanlage und bist auf der sicheren Seite bezüglich CE und aller EU 
und Türkischen Errichternormen.

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