USB-UART mit MCP2221A - Mit Bitte um Review

[Eduard ". (edtheb)]

Hallo,
als fleißiger Passiv-Nutzer dieses Forums, bin ich immer wieder 
erstaunt, wie toll das "Internet" sein kann, wenn man es so nutzt wie es 
hier getan wird. (Musste ich mal loswerden, bei dem Wahnsinn zur Zeit)

Nun zu meinem Projekt/Problem, mit der Bitte um Vorschläge:
Ich versuche mich in dem Design einer Schaltung zur Übertragung von 
Messwerten an einen Computer (PC+Mac). Aus diesem Grund habe ich ich 
mich für den MCP2221A entschieden, da dieser keine weiteren Treiber 
benötigt, um vom Computer erkannt zu werden. Das hatte ich bereits mit 
dem Breakout-Board von Adafruit probiert. Aus diesem Grund bitte keine 
Alternativen vorschlagen (es sei denn, es gibt eine Alternative, die 
auch mit den nativen Treibern von PC+Mac erkannt und angesprochen werden 
kann).

Nun habe ich mich über die Datenblätter von Microchip etc. hergemacht 
und ein PCB designed.
Der USB-UART-Teil ist nur der eine Teil des gesamten PCBs, dass ich hier 
aber nicht besprechen wollte, da ich den Teil noch gar nicht bestückt 
habe und dieser somit nicht die Ursache für mein Problem sein kann. Den 
Isolator (U3) habe ich auch noch nicht bestückt.

Ich dachte, ich hätte an alles gedacht ;) Jedoch gibt es Probleme beim 
Erkennen des Gerätes seitens Windows (Mac hatte ich noch nicht 
probiert).
Die Meldung im Gerätemanager (Rubrik USB-Controller) lautet:
"Fehler beim Anfordern einer Gerätebeschreibung."
Da der Chip definitiv ohne zusätzlichen Treiber auskommt, wollte ich nun 
nicht softwareseitig rumdoktern, sondern suche den Fehler auf der 
Hardwareseite.
Messtechnisch sind Versorgungen (5V, 3,3V und GND) vorhanden. Strom 
liegt bei ca 130uA. Also auch kein Schluss.

Mein Fokus liegt auf der Fehlerbehebung.
Sollten aber Profi-Vorschläge kommen, die eher das Routing und evtl. 
fehlende Bauteile (stützkondensatoren, ESD, etc.) betreffen, bin ich 
auch dankbar.

Ich habe etliche Schematics (Microchip, Adafruit,...) und Forenbeiträge 
durchgearbeitet. Leider finde ich keinen Anhaltspunkt mehr, an den ich 
noch etwas machen könnte. Ich hoffe, dass es nur ein "dummer" Fehler 
ist.

Danke im Voraus.

[Johannes F. (jofe)]

Eduard ". schrieb:
> stützkondensatoren, ESD, etc.

Das fehlt tatsächlich alles, wie du offenbar selbst schon erkannt 
hast...

Schau dir mal folgenden Thread an, da gibt's gegen Ende ein 
funktionierendes Board mit demselben USB-UART-IC, allerdings 
bus-powered.

Beitrag "Entwurf USB-UART-Converter, KiCad, bitte um Review"

[Frank K. (fchk)]

Erste Grundregel: jedes VCC-GND-Pärchen ist zumindest mit einem 
keramischen 100nF-Kondensator mit möglichst kleiner Bauform (0603 oder 
kleiner) zu versehen, der dichtmöglichst an den entsprechenden Pins 
liegt. Jeder mm Leiterbahn zählt hier. In diesem Fall also einmal quer 
zwischen Pin 1 und 14. Idealerweise fließt der Strom erst am Kondensator 
vorbei und erreicht dann erst den Bausteinpin.

Das gilt für den digitalen Isolator doppelt.

Stromführende Leiterbahnen möglichst breit machen - das senkt die 
Induktivität.

Prüfe, ob die Drehung von RX und TX zwischen Isolator und MCP richtig 
ist: TX auf RX und umgekehrt.

Dann: Den Schirm nicht einfach auf GND legen. Da soll kein Strom drüber 
fließen, nur Ladungen abfließen. Gerne genommen werden 100nF||100k 
zwischen Shield und GND oder irgendwas in dieser Größenordnung.

Grobe Fehler habe ich ansonsten nicht gesehen.

fchk

[Johannes F. (jofe)]

C2 und C3 bringen in deinem Layout übrigens wenig bis gar nichts. Die 
gehören direkt an den Regler, und an GND setzt man immer möglichst 
mehrere Vias (so viel wie der Platz es erlaubt), um die Impedanz der 
Masse-"Rückleitung" möglichst gering zu bekommen.

[Johannes F. (jofe)]

Eduard ". schrieb:
> es sei denn, es gibt eine Alternative, die
> auch mit den nativen Treibern von PC+Mac erkannt und angesprochen werden
> kann

Der CH340N von WCH braucht ebenso unter Windows und Linux keine 
Treiberinstallation und kostet sehr viel weniger. Wie der mit Mac 
funktioniert, weiß ich nicht.

https://www.lcsc.com/product-detail/C2977777.html

[Hans W. (hanswieland)]

Johannes F. schrieb:
> Der CH340N von WCH braucht ...
> unter Windows... keine Treiberinstallation

Ist das eine Besonderheit von der N Version? Ich frage, weil ich gewohnt 
bin, daß CH340 eine Treiberinstallation erfordern. Manchmal hat Windows 
den Treiber automatisch herunter geladen, aber nicht immer.

[Johannes F. (jofe)]

Hans W. schrieb:
> Ist das eine Besonderheit von der N Version?

Nicht, dass ich wüsste. Habe zwar bisher nur CH340N verwendet, bei denen 
werden aber überhaupt keine extra Treiber benötigt, auch nicht 
automatisch heruntergeladen. Es wird irgendein Standard-Treiber 
verwendet. Auch bei Linux. Wie beim MCP2221(A). Deshalb verwende ich 
auch nur die beiden, CP2102 und FT232 kommen für mich nicht infrage, 
weil ich keinen Bock habe, mich mit irgendwelchen potentiell 
fehlerhaften Treibern herumzuärgern.

Nachtrag: Microchip schreibt im DS des MCP2221A: "Implements USB 
Protocol Composite Device: Communication Device Class (CDC) for 
USB-to-UART conversion"

Genauso macht es der CH340 auch. Man hält sich einfach an den 
USB-Standard. Ich habe deshalb noch nie verstanden, warum die Silabs und 
FTDI Teile so populär sind.