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Forum: Platinen USB Schirmung bei Platinen unklar


Autor: Waschle (Gast)
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Hallo,
ich bin verzweifelt auf der Suche nach einen Hinweis auf die richtige 
Schirmung bei USB Anschlüssen. Ich war immer der Meinung, dass der 
Schirm mit der Masse verbunden werden kann.
Das ist offensichtlich nicht so. Unter USB.org kann ich diesbezüglich 
nichts finden.
Folgende Fenomene habe ich zwischenzeitlich festgestellt:
Wenn die Schirmung nicht einwandfrei ist, werden bestimmte USB Clients 
einfach nicht gefunden.
Beispiel. Der Kingston Speicherstick 1Gb. wird bei mir auf meiner 
Adapterplatine nicht gefunden. (auf der Platine befindet sich eine 
doppelte USB Buchse, die auf 2 USB kabel geht, die wiederum auf den 
Pfostenstecker im Mainboard stecken).
Ein anderer Stick wird problemlos an der gleichen Buchse erkannt.
Entferne ich die Adapterplatine von mir, und stecke ein handelsübliches 
Kabel an, wird der Stick erkannt. Also ganz klar ein Schirmungsproblem 
auf meiner Platine. Habe schon alles mögliche probiert, komme aber auf 
kein Ergebnis.
Vor 2 Jahren habe ich 6 gleiche Rechner mit Asus Mainboard aufgebaut, 
alle Rechner mit einem Fronteinschub von Revoltec, mit einem Card 
Reader, den man auch extern betreiben kann. Dieser Card Reader 
funktioniert in keinem Rechner, wenn er eingesteckt ist, jedoch in jedem 
Rechner, wenn er extern verwendet wird über die gleiche USB Buche. Das 
ist doch der Hammer. Bei Revoltec ist dieses Problem angeblich nicht 
bekannt, ich tippe auch hier auf Schirmungsprobleme.

Autor: Schorsch (Gast)
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Auf Hostseite (d. h. am PC) ist die Schirmung mit 0V verbunden, am 
Device nicht.

Autor: Dieter R. (drei)
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Schorsch wrote:
> Auf Hostseite (d. h. am PC) ist die Schirmung mit 0V verbunden, am
> Device nicht.

Nun würde mich aber schon mal interessieren, woher du dieses Wissen 
hast.

Autor: Schorsch (Gast)
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Wir machen das so in der Firma, da unsere Geräte nur so die EMV-Prüfung 
bestehen. Legen wir auf Deviceseite den Schirm ebenfalls auf GND, nehmen 
die EM Emmissionen ab ca. 400 MHz enorm zu und übersteigen die 
Grenzwerte.

Wir aben das auch mal mit diversen käuflichen USB-Produkten getestet, 
überall das gleiche Problem.

Autor: Christian R. (supachris)
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Wir legen die Schirmanschlüsse der USB Buchse am Device mit 1M || 10nF 
auf Masse, eben wegen der EMV-Problemeatik. Direkt angeschlossen senden 
die wunderbar.

Autor: Schorsch (Gast)
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>1M || 10nF

Funktioniert auch gut...die Möglichkeit haben wir vorgesehen, wird aber 
aktuell nicht bestückt.

Autor: Kai Lüssel (Gast)
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Die 10nF in Reihe? Welchen Typ vewendet ihr da? Sicherlich kein 
Elko,oder?

Autor: Stefan Salewski (Gast)
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>Nun würde mich aber schon mal interessieren, woher du dieses Wissen
>hast.

Steht wohl irgendwo in der USB-Spezifikation -- oder auch hier:

http://rfdesign.com/next_generation_wireless/Artic...

Autor: Christian R. (supachris)
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Nein parallel, daher auch die "||" . Keramisch, denn 10nF als Elko gibts 
nicht.

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Ich sehe da ( rfdesign-Link)  keine 1MOhm/10nF, außer am 
Schalttransistor. Mit 10 nF ist 400 MHz praktisch durchverbunden, 
abgesehen von der Serieninduktivität des Kondensators.
Der 1 MOhm ist eher gegen statische Aufladung wirksam oder gegen 
kapazitive Aufladung des Gerätegehäuses auf Netzspannung, das bizzelt 
beim Anfassen.
Die Ferritperlen und 33 Ohm in Serie der Datenleitungen könnten bei 480 
MBit schon Probleme machen, ebenso die Kapazität der Schutzdioden.
Eine Brummschleife über Schutzleiter wird mit dem 1M/10nF verhindert.

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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In der eigentlichen USB-Norm steht nur folgender Absatz:

6.8 USB Grounding
The shield must be terminated to the connector plug for completed 
assemblies. The shield and chassis are bonded together. The user 
selected grounding scheme for USB devices, and cables must be consistent 
with accepted industry practices and regulatory agency standards for 
safety and EMI/ESD/RFI.

Autor: Stefan Salewski (Gast)
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In dem vom mir referenzierten Link steht:

http://rfdesign.com/next_generation_wireless/Artic...

Grounding
USB specifications mention that the shield should be connected to GND at 
the host side, as in Figure 3, and that no USB device should
connect Shield to GND. Actually though, in some designs, connecting the 
shield of the USB device to GND as in Figure 4 can result in
better Eye Pattern. Therefore, use a 0-ohm resister to short the Shield 
to GND. If it is not necessary when you do USB test, you can
easily remove it from the PCB board.

Was mit den "Eye Pattern" gemeint ist weiß ich nicht, für mich war nur 
wichtig, dass man bei USB-Devices das Gehäuse der USB-Buchse in der 
Regel nicht mit der Masse der Platine verbinden soll.

Autor: Dieter R. (drei)
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@Christoph Kessler:
Trotz Suchen habe ich diese Spezifikation nicht finden können. Kannst du 
mal einen Link angeben?


Stefan Salewski wrote:
> USB specifications mention that the shield should be connected to GND at
> the host side, as in Figure 3, and that no USB device should
> connect Shield to GND.
Diese Veröffentlichung macht zwar einen sorgfältigen Eindruck, trotzdem 
ist mir die Sache EMV-mäßig suspekt. Letztlich ist in aller Regel im 
Gerät ja irgendwo GND mit dem (Schirm-) Gehäuse verbunden. Aus 
EMV-Gründen schafft man üblicherweise nach meinem Wissen diese 
Verbindung an den Anschlussbuchsen. Ist die Verbindung irgendwo anders 
im Gerät, besteht die Gefahr, über die Induktivität dieser Verbindung 
wieder Störstrahler zu bauen bzw. Störspannungen zwischen GND und Schirm 
zu erzeugen. Genau diese sind es offenbar, die das Signal verfälschen 
können (Eye Pattern).

> Was mit den "Eye Pattern" gemeint ist weiß ich nicht ...
Das "Eye Pattern" ist das, was man auf dem Oszilloskop als Umhüllende 
sieht, wenn man sowohl positiv als auch negativ gehende Impulse 
aufzeichnet. Es sollte für symmetrische Störspannungsunterdrückung auch 
symmetrisch aussehen. Wenn das Signal gestört ist/wird, kann das Eye 
Pattern unsymmetrisch werden.

Wikipedia hilft:
http://en.wikipedia.org/wiki/Eye_pattern

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Die USB-Norm, incl. einiger Zusatztexte, Errata usw. :
http://www.usb.org/developers/docs/ Universal Serial Bus Revision 2.0 
specification (.zip file format, size 9.73 MB)
weiter unten noch:
High Speed USB Platform Design Guidelines (.pdf file format, size 298k)

Autor: Waschle (Gast)
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Danke für die schnelle Antwort.
das allein kann es aber nicht sein.
Mir ist was grundsätzliches unklar. Habe schon mehrere Kabel mit
Slotblechen untersucht.
Beim Host sieht es ja meistens so aus: 2x 5 pol Pfostenstecker, der 
letze Pin für Schirm ist nur  einmal vorhanden und wohl auch mit 0V 
verbunden. Soweit o.k. Dann sind 2 Kabel auf die Pfostenkuppplung 
gecrimt. Jedes Kabel hat 4 Adern + Schirm. Das eine Kabel wird voll 
aufgelegt, beim anderen Kabel 0V und Schirm verbunden, weil ja der 5. 
Anschluss fehlt.
Auf der anderen Seite 2 USB A Kupplungen, dort ist entweder der Schirm 
der Buchse überhaupt nicht angeschlossen, oder geht auf 0V oder auf 
Schirm.
Jeder macht da was anderes. Ich vermute, dass es offensichtlich doch 
nicht so wichtig ist, wo der Schirm mit 0V verbunden ist. Die meisten 
Clients funktionieren ja.
Ich wollte halt nur bei der neuen Adapterplatte allen Problemen aus dem 
Weg gehen.
Wenn noch jemand eine Antwort hat, wäre interessant.

Autor: Waschle (Gast)
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Sorry,
ich hatte bereits am Sonntag nach der ersten Antwort den Text 
geschrieben, aber nicht losgeschickt, habe noch ein paar USB Kabel 
angeschaut.
Hätte nicht gedacht, dass das Thema so ausgiebig bearbeitet wird.
Aber da sich doch so viele mit dem Thema beschätigen, noch eine Frage:
Angenommen, der USB Adapter hat eine Buchse und sonst nichts, daran 
angelötet sind 2 USB A Kabel, die in die USB Buchse des Mainbords 
eingesteckt sind, also nicht auf eine Pfostenleiste gesteckt.
In diesem Fall würde ich 1:1 durchschalten, also Schirm auf Schirm und 
0V auf 0V. Wäre das o.k?

Autor: Christian R. (supachris)
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Nochmal: Um die EMV-Grenzwerte einzuhalten, muss der Schirm am Host auf 
Masse gelegt werden und am Device frei hängen. Sonst schleudert das 
Device da alles mögliche im Bereich ab etwa 400MHz raus.
Wo genau das beschrieben ist, weiß ich nicht, mit beidseitiger Masse 
kommt man zumindest nicht durch die EMV Prüfung.

Klar, billige PC-Assembler aus China scheren sich natürlich einen Dreck 
um EMV.

Autor: cuben (Gast)
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Ich habe gerade ein USB-Projekt was in diese Diskussion hineinpasst.

Ich habe hier ein USB 7Port-Hub-Chip von NEC für den ich eine Platine 
nach dem Beispiel-Schaltplan erstelle.


http://www.necel.com/usb/ja/download/USB113-BDSCH-...


In dem Schaltplan sieht man, daß ankommende und abgehende USB 
Schirmungen mit der Masse des Versorgungsnetzteils des HUBs verbunden 
sind und beim Host liegt die Schirmung dann natürlich auch auf Masse.


Mir kommt das etwas komisch vor.
Ich würde die Host-Masse ( ist verbunden mit PE ) bis zum Hub führen und 
im Hub einen neuen Schirmungsabschnitt starten. ( Von der Masse der 
Hubversorgung zu den 7 einzelnen USB-Anschlüssen. )

Aber richtig Ahnung habe ich nicht.


Was denkt Ihr darüber ?

Autor: Dieter R. (drei)
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Christian R. wrote:
> Nochmal: Um die EMV-Grenzwerte einzuhalten, muss der Schirm am Host auf
> Masse gelegt werden und am Device frei hängen. Sonst schleudert das
> Device da alles mögliche im Bereich ab etwa 400MHz raus.
> Wo genau das beschrieben ist, weiß ich nicht, mit beidseitiger Masse
> kommt man zumindest nicht durch die EMV Prüfung.

Darf ich mal raten: Erfahrungen und Kenntnisse im EMV-gerechten Design 
hast du nicht wirklich, und den Thread und die dort zitierte Literatur 
hast du auch nicht gelesen.

> Klar, billige PC-Assembler aus China scheren sich natürlich einen Dreck
> um EMV.

Das müssen die in der Regel auch garnicht. Verantwortlich ist derjenige, 
der den Artikel im EU-Raum in den Verkehr bringt.

Autor: Christian R. (supachris)
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Stimmt schon, die Normen und Grenzwerte usw kenne ich nicht wirklich.

Allerdings haben wir die Erfahrung machen müssen, dass wir die Geräte, 
bei denen wir den Schirm der USB-Buchse (Bei FireWire genau das gleiche) 
am Device auf Masse gelegt haben, nicht durch die Prüfung bekommen. Und 
in unserem bescheidenen EMV-Labor hier kann man gut die Störungen 
beobachten, die rauskommen. In welchem Frequenzzbereich das genau war, 
müsste ich auch erst nochma gucken, war aber meiner Erinnerung nach im 
Bereich des Bittaktes auf der Leitung....
Wir haben dann den Schirm offen gelassen oder hochohmig an Masse gelegt, 
dann konnten wir hier qualitativ schon mal einen starkenRückgang der 
Emissionen beobachten und bei der richtigen Prüfung (haben wir keine 
Messtechnik und keine Experten im Hause) hat´s dann auch geklappt.

Und ja, jedes verlinkte PDF hab ich jetzt nicht durchgelesen, wollt nur 
unsere Erfahrungen mitteilen.

Autor: Waschle (Gast)
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Nochmal für Dummis,
was mache ich nun, ich fasse mal zusammen:
Bei Pfostenstecker auf Host 0V und Schirm zusammen, bei USB Plantine 0v 
und Schirm getrennt, aber Schirm auf USB Gehäuse, oder?

Bei USB Platine mit Kabel A ebenfalls 0V und Schirm getrennt, Schirm auf 
USB Gehäuse?
Kann man damit leben? Und noch was, bei doppelseitigen Platinen die 
ungenutzten Kupferflächen auf das gleiche Potenzial legen wie ???? 
Schirm oder 0V???

Autor: Dieter R. (drei)
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Christian R. wrote:
> Und ja, jedes verlinkte PDF hab ich jetzt nicht durchgelesen, wollt nur
> unsere Erfahrungen mitteilen.

Grob ist der Inhalt so, es gibt gute Gründe dafür, bei USB-2 im 
Interesse der Signalqualität jede Unterbrechung der Schirmung zu 
vermeiden und selbige beidseitig auf GND zu legen. Allerdings 
widerspricht dies älteren Empfehlungen für USB-1.

Ich würde mal vage vermuten, die alte Empfehlung hat weniger mit EMV zu 
tun und mehr mit Unzulänglichkeiten der seinerzeitigen Musteraufbauten.

Wenn man bei realen Geräten mit unterbrochener Schirmung (denn eine in 
einem kleinen Peripheriegerät nicht an GND gelegte Schirmung ist 
letztlich nichts anderes) Verbesserungen misst, dann erstaunt mich dies 
erst mal, ich kann es aber weder widerlegen noch begründen. Man müsste 
am realen Objekt nach der Ursache forschen. Ziemlich wahrscheinlich ist, 
dass der Abschirm-Mantel der Leitung schwingt und damit als Antenne 
wirkt. Denkbar wäre es, dass dies durch unzureichende Entkopplung der 
Betriebsspannungs-Leitungen an der USB-Buchse hervorgerufen wird. Es 
kann auch an ungünstiger Leiterbahnführung liegen. Leider ist es 
aufwendig und damit teuer, die wirkliche Ursache zu ergründen und 
abzustellen. Vermutlich fehlt dann Zeit + Geld für genauere Messungen.

Ich habe leider bisher keine eigenen Erfahrungen mit USB-Peripherie, 
allerdings interessiert mich das Thema schon, da ich vielleicht 
demnächst sowas machen möchte.

Autor: Christian R. (supachris)
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Naja, wir hatten es uns damals auch nur halbwegs zusammen reimen können. 
Bei angeschlossenem Schirm kann es wohl in ungünstigen Fällen zu einer 
Potentialverschiebung kommen, die Ausgleichsströme fließen dann über die 
Schirmung. Wenn sich da was hochfrequentes einschleicht, hat man ja eine 
schöne Antenne. Vieles kann man aber auch durch einen kleinen Klappferit 
beseitigen.

Wir werden demnächst nochmal ein paar Messungen machen, allerdings 
können wir leider keine normgerechten Bewertungen machen, nur 
Abschätzungen....

Autor: Michael J. (jogibaer)
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Hallo,

also über Schirmung und EMV kann man ganze Büchereien füllen.

Nach meine bescheidenen Meinung ist es durchaus richtig, den Schirm nur
einseitig aufzulegen.
Ein Schirm funktioniert nur dann, wenn über diesen überhaupt kein Strom 
fließt.Dadurch hat jeder Punkt der Schirmoberfläche das gleiche 
Potential
und elektrische Felder können nicht rein und raus (Idealerweise).
Heißt glaube ich Influenz oder so ähnlich.
Sobald Ausgleichsströme fließen, verringert sich die Schirmung.

Kommt auch wieder darauf an, wie hoch die Bedeckung durch die 
Schirmfläche ist.In der Elektronik wir sehr oft nur einsetig aufgelegt.
Das andere Ende ist entweder offen oder über einen kleinen C auf Masse
gelegt.

Bei Frequenzumrichter ist es aber wieder so, das beide Seiten 
impedanzarm
aufgelegt werden müssen.Das sagt jeder Hersteller.Eine Bombensichere
Erklärung dafür habe ich noch nicht bekommen.Ich denke mir, das man 
versucht die Gehäusemasse des Motor möglichst Impedanzarm mit der Masse 
des FU's zu verbinden.
Da kommt so ein recht dicker Schirm anscheinend gerade recht.
Obwohl meistens parallel noch ein PE liegt; mit allerdings erheblich 
geringerem Querschnitt.

Jogibär

Autor: Waschle (Gast)
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Das ist ja alles sehr lustig,
inzwischen haben wir ja alles, was geht.
Ich hätte nicht geglaubt, dass es in diese Richtung geht, aber nach dem 
letzten Beitrag von Jogibaer möchte ich noch meine Erfahrungen im 
Bereich Bühnenbau hinzufügen. Wir machen Schaltschrankbau und haben 
unter anderem die Bühnenmaschinerie für viele Theater in Deutschland und 
Europa gebaut, also die Schaltschränke, voll mit Umrichter, viel 
Signalaustausch und Sollwerte mit +/- 10 Volt, eher auch ältere Technik, 
aber auch Profibus, Lan.
Und hier wird immer eines gemacht: Alle Schaltschränke, Bedienschränke, 
Pulte, usw. werden mittels Schutzleiterkabel 6- 35mm² miteinander 
verbunden, ebenso alle Motoren, innerhalb der Schaltschränke alle 0V 
aller Platinen, aller Netzgeräte, überhaupt alles. Alle Schirme brutal 
auf Massse, alles doppelseitig aufgelegt. Nur daduch haben wir 
Potenzialverschleppungen vermeiden können. Und entgegen aller 
Vermutungen, den Schirm darf man nicht beidseitig auflegen, nie Probleme 
gehabt.

Autor: Christian R. (supachris)
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Waschle wrote:
> Und entgegen aller
> Vermutungen, den Schirm darf man nicht beidseitig auflegen, nie Probleme
> gehabt.

Das ist ja immer vom Anwendungsfall abhängig. Eine konkrete Aussage kann 
man da kaum treffen. Muss man halt messen, was im entsprechenden gerät 
Besser wirkt.

Autor: Klaus (Gast)
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Würde es etwas bringen, einen einfachen RC-Tiefpass zur Verbindung von 
Schirm und Masse zu verwenden?

(Habe EMV-Technisch 0,0 Ahnung)

Autor: abc (Gast)
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Ich bin total verwirrt bezüglich Schirm und Masse, weil beides das 
gleiche ist.

Autor: urgs (Gast)
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Es gibt da irgendwie sehr vielfältige Application Notes. Viele sehen 
einen C zwischen Schirm und GND vor der auf Device-Seite dann aber als 
DNP markiert ist. Die andere Variante ist den Schirm über ein Ferritbett 
auf GND zu legen (z.B. hier 
http://www.ti.com/sc/docs/apps/msp/intrface/usb/emitest.pdf) - das ist 
auch die Variante die ich bisher verfolge, aber EMV-Test hatte ich auch 
noch keinen. Dass es EMV-technisch eher ungünstig ist das direkt oder 
via C auf GND zu legen kann ich mir aber gut vorstellen. Die 
hochfrequenten Ströme die zum Host zurücklaufen sollen ja innerhalb des 
Schirms über GND zurücklaufen und sich nicht über den Schirm als 
attraktiven Leiter und gleichzeitige Antenne in die Nachbarschaft 
verteilen.

Autor: Daniel (Gast)
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Das hatte ich auch schon mal ein C zwischen Shield und Ground hat das RF 
Signal in unserem Fall extremst verschlechtert. Seit dem binde ich 
Shield und Ground immer zusammen. Bei der EMV Prüfung hat es soweit auch 
keine Probleme gegeben.

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