ESD/EMI USB Beurteilung Schaltplan

[Mampf F. (mampf)]

Guten Morgen,

ich strebe CE-Zertifizierung an und muss bei einem Projekt das USB 
entsprechend mit ESD-Schutz und EMI-Filterung ausstatten.

Nach ewigem Googeln hat sich der anliegende Schaltplan 
herauskristallisiert.

Etwas unsicher bin ich mir bezüglich der Connection vom USB-Schirm nach 
GND. In einem Dokument von Intel war da nur eine Ferrit-Perle (in meiner 
Schaltung alle Ferritperlen 180R@100MHz) zwischen Schirm und GND. In 
anderen Dokumenten findet man teilweise nur einen Widerstand (zB 47k) 
oder eine Kombination aus Widerstand und Kondensator (parallel 1MOhm + 
47nF).

Weiterhin hieß es, eine Gleichtaktdrossel (FL1) würde die USB 
Signalintegrität negativ beeinflussen, da USB nicht 100% differentiell 
ist (es gibt Momente, in denen D- und D+ beide den gleichen Pegel haben 
müssen).

Ich würde mich sehr über Feedback und Erfahrungen bzgl USB und ESD/EMI 
freuen.

Viele Grüße,
Mampf

[Sebastian R. (lange_leitung)]

Hallo Mampf.

Schade, dass da niemandem dazu was einfällt. Ich bin im Moment auch mit 
diesem Thema beschäftigt. Wie Du schon sagst, findet man da die 
unterschiedlichsten Varianten. Gibt´s da keine Erkenntnisse, wie das 
idealer Weise gemacht werden soll, bzw. wo Vor- und Nachteile der 
einzelnen Varianten sind? Ich fürchte das ist alles ein Bisschen einfach 
machen und hoffen.....
Ich lasse mich aber gerne eines Besseren belehren!

Ich habe mich für folgendes entschieden:

- Schirmnung vom USB mit 1M || 4,7nF an GND
- Bei +5V und GND direkt vorm USB je ein Ferrit
- Bei D+ und D- ESD-Schutzdiode

Noch unentschieden bin ich bezüglich:
- Bei D+ und D- eine Gleichtaktdrossel (nötig?)
- Widerstand in D+ und D- (wozu?)

Bin gespannt, was Du dazu meinst! Oder jemand anderes, der sich damit 
schon einmal beschäftigt hat.

Gruß
Sebastian

[Purzel H. (hacky)]

Erst mal waere wichtig zu wissen, ob Industrial, oder Consumer. 
Industrial ist ueblicherweise ein Metallgehaeuse, Consumer ist 
ueblicherweise in einem Plastikgehaeuse.
Bei einem Metallgehause ist es einfacher, Schirm und GND auf das 
geerdete Gehause. Beim GND kann man sich ueberlegen, oder GND DC maessig 
an das Gehause kommt, oder nur AC maessig.

[Sebastian R. (lange_leitung)]

Also bei mir ist es zumindest "industrial". Schrim und GND sind auch mit 
dem Gehäuse verbunden. Die Frage von Mampf zielt ja vorallem darauf ab 
WIE die Verbindung gemacht werden soll. Da gibt es eben zahlreiche 
Möglichkeiten.

Weiß jemand was zur Drossel oder Widerständen?

Mampf, bist Du bei der Variante wie in Deinem Schaltplan geblieben?

Gruß
Sebastian

[tnzs (Gast)]

Ich verbinde Elektronik Gnd mit dem Metalgehäuse der USB Buchse über 
einen Kondensator.

[Andreas W. (andreasw)]

Das mit den Reihenwiderständen hängt vom Controller ab - einige haben 
bereits eingebaute.
Die Bilder sind zwei Beispiele: SAMD21 und FT231X.

[georg (Gast)]

Andreas W. schrieb:
> Die Bilder sind zwei Beispiele: SAMD21

Das Schaltbild ist meiner Ansicht nach falsch: die Transient Protection 
muss mit USB-GND verbunden sein, nicht mit Shield.

Georg

[Mampf F. (mampf)]

Sebastian R. schrieb:
> Mampf, bist Du bei der Variante wie in Deinem Schaltplan geblieben?

Ja, ich bin dabei geblieben :)

[Andreas W. (andreasw)]

georg schrieb:
> Andreas W. schrieb:
>> Die Bilder sind zwei Beispiele: SAMD21
>
> Das Schaltbild ist meiner Ansicht nach falsch: die Transient Protection
> muss mit USB-GND verbunden sein, nicht mit Shield.

Ja, stimmt das ist falsch. Der Screenshot ist aus dem SAMD21 Datenblatt:
http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/SAMD21-Family-DataSheet-DS40001882D.pdf

[Mathias H. (mathias)]

https://www.we-online.de/web/de/electronic_components/produkte_pb/application_notes/robustes_design_von_usb_anwendungen.php

https://www.we-online.de/web/de/electronic_components/produkte_pb/application_notes/usbeple.php

[Sebastian R. (lange_leitung)]

Danke Mathias,

das ist interessant!

Gruß
Sebastian

[Jürgen S. (starblue)]

Vielleicht auch interessant, wenn sie nicht zu klein sind:

https://octopart.com/search?q=pcmf1usb&start=0

[Mampf F. (mampf)]

Ja wirklich interessant ... wobei mich das "Augendiagramm" bei 
Verwendung einer Gleichtakt-Drossel interessiert hätte.

Hatte da irgendwo gelesen, dass solche Drosseln die Signalintegrität 
negativ beeinflussen.

[Sebastian R. (lange_leitung)]

Die Drosseln sind zumindest in sehr vielen Referenzdesigns verbaut. 
Scheinen also nicht zu stören. Allerdings finden sie sich in ebenso 
vielen realen Hubs (hab nur ein paar günstige angeschaut) nicht. Ich 
schätze, dass man ohne das ganze ESD/EMV-Zeugs in den meisten Fällen 
keine Probleme bekommt. Nötig wird das vermutlich nur, wenn man die Hubs 
stark beeinflussenden Umgebungen aussetzt.

Hat jemand mal Messungen mit den verschiedenen Konfigurationen gemacht? 
Also mit und ohne Ferrit, Diode, Drossel? Vielleicht machen wir das mal 
in Zukunft. Dann werde ich berichten.......