Как развязать гальванически usb порт

Обновлено: 04.07.2024

JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет - любой!

Так в том-то все и дело, что я самостоятельно не смогу сменить FT245 на FT232. У меня после стоит МК PIC16F874A и, наверное, его прошивку надо будет менять.

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Как сделать попроще гальваническую развязку от порта USB ?

SHARP PC815 или COSMO K1010 помогут.
По штучке на каждую линию(не USB, а между FT245 и МК !), которую надо развязать. Возможно инвертирующее и неинвертирующие включение.

Приглашаем всех желающих 25/11/2021 г. принять участие в вебинаре, посвященном антеннам Molex. Готовые к использованию антенны Molex являются компактными, высокопроизводительными и доступны в различных форм-факторах для всех стандартных антенных протоколов и частот. На вебинаре будет проведен обзор готовых решений и перспектив развития продуктовой линейки. Разработчики смогут получить рекомендации по выбору антенны, работе с документацией и поддержкой, заказу образцов.

PC815 - это та еще дрянь, 1 кГц часта пропускания, данные через нее не пролезут.

Рекомендую H11L1 - с ней никогда проблем не было.

Навигационные модули позволяют существенно сократить время разработки оборудования. На вебинаре 17 ноября вы сможете познакомиться с новыми семействами Teseo-LIV3x, Teseo-VIC3x и Teseo-LIV4F. Вы узнаете, насколько просто добавить функцию определения местоположения с повышенной точностью благодаря использованию двухдиапазонного приемника и функции навигации по сигналам от MEMS-датчиков. Поработаем в программе Teseo Suite и рассмотрим результаты полевого тестирования.

а по питанию очень хорошо AIMTEC AM1L-0505SZ или PEAK P6AU-0505ELF (аналоги) Ребята, у меня вопрос не совсем по теме, но всеже. скажите пожалуйста, можно ли брать питание с USB? если да, то с каких контактов и какое там напряжение и максимальная можность? заранее спасибо.

Ребята, у меня вопрос не совсем по теме, но всеже. скажите пожалуйста, можно ли брать питание с USB? если да, то с каких контактов и какое там напряжение и максимальная можность? заранее спасибо.

Конечно можно, если осторожно. Есть там +5 и GND от БП компьютера.
Макс ток 500мА. НО! По стандарту, устройство должно потреьлять что-то около 0.5мА если с компа постпуает по USB команда перейти в режим пониженного эрегопотребления (suspend). А это уже протоколо надо парсить.
НО можно и забить Я еще не видео ни одного компа, который бы жаловался на это.

Для USB 2.0. Для 1.0 (1.1) - гораздо меньше, 100 или 200мА, не помню точно.

_________________
Оптимизм х (Опыт + Знания) = const

USB:
со стороны компьютера, ток по 5 В 100/500 мА (хаб/хост)
Номер контакта Для чего нужен
1 +5В
2 -Data
3 +Data
4 Общий (GND)

Хочу присобачить USB к аппаратуре, но нужно обеспечить развязку на 2кВ. Подскажите, есть ли какое-то стандартное решение?
Да, можно, и наверное нужно будет поставить стандартную микросхему преобразования USB-UART, т.к. при этом в уже написанном софте изменения будут не нужны. Но толку от нее будет мало, если она будет постоянно гореть от воздействия нескольких киловольт и сменить ее будет намного сложнее чем диповскую ADM202.
Надо развязать вход, от внешнего мира. Аппаратура ставится на электроподстанциях и требования по развязке очень жесткие. Вот я и хотел узнать, если какие-то стандартные решения данной проблемы.

Самая надежная развязка - наверно радио. Решения есть но дорогие и скорость конечно пониже будет.

Наверняка есть USB WiFi хаб какой нибудь.

a USB 2.0 hub that uses 802.11g wireless networking to go wireless, up to 100 feet away from a host computer.

Related Mac IT Articles
Economy likely to stall new enterprise mobile apps
Active Storage XRAID features native Mac software
Extended Gmail outage hits Apps admins
iPhones go to front of the class at Texas university
Egnyte on-demand file server offers iPhone interface
The WiRanger is a four-port USB 2.0 hub that connects to a Mac or PC using a dongle that enables it to operate wirelessly up to 30 meters (100 feet) away. WiRanger is plug-and-play; it requires no special software drivers to work.

The company said the WiRanger is the first in a new line of products that will utilize Ultra Wide Band (UWBC) and 802.11a/b/g/n wireless networking standards. Icron also makes products for the Original Equipment Manufacturer (OEM) market that may be sold under different brand names.

Зависит от того, где именно и как развязывать, т.е. от грамотности разработчика.
Преобразователь может стоять непосредственно на USB устройстве, несъемный.
Сам по себе USB не развязывается, это бытовуха, не пром.применение.
И если ты будешь подавать несколько киловольт непосредственно на USB, то никакая гальваноразвязка именно USB не спасет.

Для промышленных сетей CAN, RS-485 и т.д. Причем имеются готовые приемопередатчики RS-485 с гальваноразвязкой.

Если есть задача сделать надежную промышленную вещь - нечего туда соваться с любительскими поделками на базе USB, сертификацию с этим не пройти.

Аппаратура с 485, 232 интерфейсами поставляется сотнями штук. Стоит, претензий нет. Но на данный момент возникла необходимость именно в замене 232 на USB. Т.к. на новых ноутбуках отсутствует COM-порт.,а всякие преобразователи частенько отказываются работать на подстанциях.
+ просили обдумать возможность записи архивов непосредственно на USB-Flash карточки. Что достаточно легко, но опять же встает речь о защите микросхем.

Часовой пояс: UTC + 3 часа

Кто сейчас на форуме

В процессе разработки электронных устройств под управлением микроконтроллеров часто возникает задача передать какие-то данные с устройства на компьютер или наоборот. Вероятно самым простым способом является использование USB-UART переходников, которых существует великое множество, но я решил сделать свой «велосипед» и поделиться результатом с вами.

У меня стояла задача сделать для себя любимого простой, дешевый, компактный и главное гальванически развязанный преобразователь USB-UART. Основной кейс для меня — отладка через printf по uart, да да, я в курсе про SWO и иные методы, но мне удобнее работать именно с uart-ом. Наличие изоляции для меня критично, т.к. в основном мне приходится проектировать силовые преобразователи, которые могут легко спалить, например, usb порт моего ноутбука. Правда если у вас в устройствах нет высокого напряжения, то расслабляться тоже не стоит, какие-нибудь 12В так же прекрасно могут вывести из строя ваш ПК. Разумеется не стоит забывать и о помехах, гальваническая развязка частично препятствует попаданию всякой гадости в usb порт.

Как видите у развязанных преобразователей интерфейсов одни плюсы, но тут некоторые возразят: «Зачем? Все же есть на Алиэкспресс». Тут ответ простой — меня не устроили ни цена готового устройства, ни его габариты, ни качество. В итоге за пару часов я «изобрел велосипед», который удовлетворит все мои хотелки и после изготовления получилось вот так:

Хотите обезопасить свои usb порты и узнать зачем так много? Тогда поехали :))

Концепт

Изначально я хотел лишь сделать себе парочку «свистков» для отладки, а в будущем еще и использовать их для отправки заказчикам, например, чтобы безопасно обновить прошивку через встроенный bootloader или снять логи, если что-то пошло не так. Отсюда и была задача сделать очень дешевую железку, чтобы не жалко было раздавать направо и налево. Правда все пошло немного иначе…

В своем телеграм-канале я сделал объявление с предложением присоединиться к заказу, ведь при увеличение партии уменьшалась стоимость устройства. В итоге за день набралось заказов на 50 штук + 10 штук себе, больше набирать не стал уже. Собственно поэтому на КДПВ не 10 штук, а несколько больше. Забегая вперед скажу, что такой мелкосерийный заказ позволил уменьшить стоимость одного устройства с

375 руб, что довольно неплохо.

Еще одной особенностью преобразователя стало то, что на нем не установлен гальванически развязанный dc/dc преобразователь на 5В. Структурная схема выглядит так:

Как видите изолятор ISO7721 с левой стороны запитывается от 5В самого USB, а с правой стороны вы должны подать уже напряжение нужного вам логического уровня. Данный изолятор работает при стандартных уровнях 2.5, 3.3 и 5В, то есть если вы работаете с STM32, то на пин VREF подаете +3.3В, а если с ATmega8, то подаете уже +5В. Довольно удобно и у такого решения есть ряд плюсов.

Во-первых, установка нормального dc/dc ведет к удорожанию устройства в 2 раза и вот зачем нам это, если питание со стороны usb есть всегда, а питание со стороны МК тоже будет, ведь иначе и принимать от него нечего.

Во-вторых, если мы устанавливаем, например, dc/dc с входным напряжением 5В, а выходным 3.3В, то мы с него уже вряд ли запитаем какой-нибудь МК на 5В. Мне это не особо нужно, но кому-то наверняка потребуются 5В, ведь не одними атмегами и кортексами живем.

Проект

Теперь к главному — к проекту. Выполнен он в Altium Designer, исходник проекта открыт, библиотеки для AD так же открыты, если вдруг кому-то понадобятся. Для тех, у кого нет Altium-а, я выгрузил все необходимые файлы и самое главное — Gerber-файлы для заказа печатных плат.

AltiumProject — исходный проект в AD19
Documents — принципиальная схема в формате PDF и спецификация (BOM)
Manufacture — набор файлов для производства печатной платы (Gerber и NC Drill)
Mechanical — 3D модель устройства

Панелизация

Мне предстояло заказать не 10 плат для себя, а несколько больше, поэтому было решено собрать в панель. Наверняка в будущем я так же буду собирать себе минимум по 10-20 штук данных преобразователей, а осуществлять установку компонентов на 10 плат сразу гораздо удобнее и быстрее. Так же решил сразу заказать 100 плат, ведь все равно пригодятся в дальнейшем, а у китайских лоукостеров (сам заказывал на PCBway) ценовая политика строится так, что 100 плат стоят как 60.

В итоге у меня заказ был на 10 панелей по 10 плат, толщина текстолита нестандартные 2 мм, что несколько увеличило стоимость. С доставкой заказ вышел в 98$ или 0,98$/шт. Толщину выбрал больше, т.к. при 2 мм текстолите он идеально плотно вставляется между выводами разъемов PLS, а это облегчает монтаж, ну и дополнительная жесткость и прочность платы как бонус.

Спустя некоторое время ко мне приехали вот такие панельки:

А так же и трафарет для нанесения на них пасты:

Для тех, кто захочет собрать себе данный преобразователь на github в папке Manufacture имеются gerber-файлы и для единичной платы, и для панели на 10 плат, как на фото.

Сборка и тестирование

Так как устройство простое и состоит всего из 18 компонентов, то ошибиться тут особо не где, все заработало сразу, единственное откуда могут придти проблемы — это монтаж, обычно если что-то не работает, то смотрите на пайку разъема USB и корпуса QFN, все остальное не должно вызывать проблем. Все резисторы, конденсаторы и светодиоды имеют размер 0603, тоже не должны вызывать проблемы при пайке феном или в печке, да и паяльником тоже вполне под силу даже новичку.

После сборки 60 штук нужно было проверить перед рассылкой, я сделал просто — взял разъем PBD-4, который является ответной частью для PLD-4, на нем закоротил ноги RX и TX, чтобы получить «эхо», то есть отправленные с терминала данные тут же принимались им самим. И собственно не забываем подать 3.3 или 5В на выводы VREF и GND разъема.

Получаем простой и быстрый способ протестировать устройства. Тестировал с терминалом YAT, просто отправляя строку и если все хорошо, то она тут же прилетала обратно:

Финал

Как результат данного мелкого проекта стала рассылка преобразователей по десятку городов, для конечного получателя стоимость преобразователя вышла в 375 руб/шт + пересылка 1 классом авиапочтой еще 175 руб. В теории можно было сделать еще дешевле, заказав компоненты в Китае, а не на digikey, но мне так спокойнее, когда я уверен, что Samsung это все таки Samsung, а Yageo таки Yageo.

На самом деле дешево получилось по одной простой причине — в проекте нет коммерческой составляющей. Если накинуть сюда все временные расходы, а так же прибыль, то цена была бы не такая интересная, благо задачи «заработать» не стояло.

Надеюсь кому-то данный проект будет интересен и вы его повторите без проблем. Для удешевления на github есть описание замен, если вы не сможете купить позиции по part-number из ВОМа.

USB является самым популярным последовательным интерфейсом во многих бытовых и профессиональных электронных устройствах. И все чаще требуются решения для этого стандарта, обеспечивающие полную безопасность, то есть такие которые обеспечивают нечувствительность и устойчивость к разности потенциалов земли на обеих сторонах линии связи и к помехам, возникающим при питании устройств, соединенных кабелем от множества различных напряжений и источников питания.

Чтобы устранить проблемы с контурами заземления и их разностью потенциалов, оба тракта питания и линии передачи данных должны быть гальванически изолированы со стороны заземления, а линия передачи данных - с другой стороны кабеля USB. Существует несколько методов изолирования передачи данных в зависимости от требуемой скорости. Кроме того, для самого разделения можно использовать различные методы, включая емкостную, оптическую и электромагнитную развязку. Далее будет показано, как можно обеспечить гальваническую развязку в USB для многих различных технологий изоляции, а также преимущества и недостатки каждой из них. Также представлены готовые решения этого вопроса от Texas Instruments, Wurth Elektronik, ON Semiconductor и Analog Devices.

Что такое гальваническая развязка

Гальваническая развязка предотвращает протекание электрического тока между двумя или более отдельными цепями, в то же время позволяя энергии или информации течь между ними. Одна часть (основная) состоит из главной цепи, которая питается от USB и разделяет двунаправленный поток данных с главным компьютером. Область разделяющая цепи, называется изоляционным барьером, и она может выдерживать напряжение в несколько киловольт без пробоя. Она изготовлена из воздушной заслонки или схожего материала.

Пример гальванической развязки между входом USB на первичной и вторичной сторонах. Изолирующий барьер должен выдерживать напряжение до нескольких тысяч вольт.

Изолированная передача данных

Гальваническая развязка позволяет передавать данные между отдельными электрическими цепями. Есть несколько практических решений этой проблемы, включая оптические, емкостные и электромагнитные технологии. Каждый из этих подходов имеет свои преимущества и недостатки, в том числе: по скорости передачи данных, устойчивости к электростатическому разряду, помехам и уровню мощности.

В оптоизоляторе светодиод излучает световые импульсы, которые проходят через изолирующий барьер и затем принимаются фотодиодом на вторичной стороне

Оптическое разделение - одно из самых известных решений. В нем используется оптоизолятор или оптопара, а разделение цепей достигается за счет использования светодиода на первичной стороне и фототранзистора на вторичной. FOD817 - хороший пример такого компонента. Данные передаются с помощью световых импульсов создаваемых светодиодами, которые улавливаются фототранзистором.

Учитывая что для передачи данных используется свет, оптоизолятор не подвержен электромагнитным помехам. С другой стороны, скорость передачи данных низкая, потому что ограничена низкой скоростью переключения светодиода. Кроме того, оптроны обычно имеют более малый срок службы по сравнению с другими технологиями из-за ухудшения параметров светодиодов со временем.

FOD817 имеет 1 канал связи с изоляцией 5 кВ переменного тока. Он включает в себя ИК-диод на основе GaAs и кремниевый фототранзистор. Используется в основном в регуляторах мощности и цифровых линиях ввода-вывода.

Электромагнитная связь - это самое старое решение для изоляции цепей, в котором задействуются две катушки с магнитной связью. Этот метод используется компанией Analog Devices как технология iCoupler. Там катушки интегрированы в микросхему и разделены слоем полиамидной подложки.

В двойном изоляторе для шины I2C ADuM1250 каждая линия интерфейса I2C требует двух отдельных трансформаторов для обеспечения двунаправленной передачи

Изоляторы с электромагнитной связью более восприимчивы к помехам чем оптоизоляторы, и создают собственные помехи, которые могут также стать проблемой. Их преимущества - более высокая скорость передачи данных 100 Мбит / с и более низкое энергопотребление. Примером может служить ADuM1250. Он обеспечивает двунаправленную изоляцию данных для шины I?C со скоростью передачи до 1 Мбит / с. Изоляция составляет 2500 В среднеквадратического значения. Схема потребляет ток 2,8 мА на первичной стороне и 2,7 мА на вторичной при напряжении питания 5 В. Двунаправленность достигнута с помощью двух трансформаторов.

Емкостная изоляция позволяет сигналам переменного тока проходить через изоляционный барьер

Обычно данные передаются между катушками трансформатора с использованием кодирования по краям. Импульсы наносекундной длительности используются для идентификации нарастающего и спадающего фронтов сигнала данных. Чип также включает в себя кодировщик и декодер.

Емкостная изоляция достигается с помощью конденсаторов, которые блокируют постоянное напряжение, но не переменную составляющую.

Использование несущего радиосигнала и модулируя его сигналом данных, например с помощью двухпозиционной манипуляции (OOK), информация может быть отправлена через гальванический барьер.

Двухпозиционная манипуляция (ООК) позволяет сигналу данных проходить через изолирующий барьер

Как и в случае с магнитной изоляцией, преимущества емкостной заключаются в высокой скорости передачи (100 Мбит / с и более) и низком энергопотреблении. К недостаткам можно отнести большую восприимчивость к помехам от электрического поля.

Примером использования технологии емкостной изоляции является четырехканальный цифровой изолятор Texas Instruments ISO7742, который обеспечивает сопротивление пробоя 5000 В. Эта микросхема имеет множество конфигураций в зависимости от требуемого направления потока данных. Она имеет скорость передачи данных 100 Мбит / с и потребляет 1,5 мА на канал. Применяют в медицинском оборудовании, источниках питания и промышленной автоматике.

Гальваническая изоляция питания USB

Обеспечение изоляции также требует гальванической развязки источника питания: один для первичной стороны и один для вторичной стороны с отдельными линиями заземления. Если в рассматриваемом проекте есть отдельные источники питания, то все нормально. Но если доступен только один источник, дополнительный изолированный преобразователь постоянного тока в постоянный является подходящим решением.

Контроллер Texas Instruments SN6505 и дополнительный трансформатор обеспечивают гальваническую развязку питания на вторичной стороне

Примером такого решения выступает преобразователь на базе микросхемы SN6505, взаимодействующий с изолирующим трансформатором, который обеспечивает изоляцию до 2500 В.

Стандартный USB порт на 5 В и 500 мА обеспечивает более чем достаточную мощность для надежной работы такого дополнительного преобразователя. Два диода на вторичной стороне обеспечивают выпрямление напряжения на выходе. Во многих конструкциях добавлен стабилизатор LDO для обеспечения низкой пульсации и хорошей стабилизации.

Дополнительным важным критерием выбора является занятость места на печатной плате изоляционной схемой. Использование отдельных компонентов для изоляции питания и данных, а также дополнительного трансформатора, занимает много ценного места. К счастью на рынке есть продукты, которые реализуют изоляцию питания и данных в одном чипе. Примером может служить двухканальный цифровой изолятор ADuM5240.

Двухканальный цифровой изолятор ADuM5240 от Analog Devices обеспечивает изоляцию линий питания и данных

ADuM5240 имеет изоляцию 2500 В, которая соответствует требованиям UL 1577 и обеспечивает скорость передачи данных до 1 Мбит / с.

Гальваническая изоляция данных в USB

Если уже существует готовое периферийное устройство, разработанное без оборудования для изоляции данных, разработчики могут обеспечить защиту, переместив изоляцию данных USB между хостом USB и периферийным устройством.

Все приведенные примеры предполагают реализацию изоляции между первичной и вторичной цепями интерфейса связи. Когда периферийное устройство готово, разработчики могут сделать изоляцию на интерфейсе USB, то есть на кабеле.

Микросхема ADuM4160 обеспечивает изоляцию линии передачи данных USB (D +, D–)

В этом случае стоит обратиться к ADuM4160 от Analog Devices. Там также используется технология iCoupler, но изоляция применяется к интерфейсу передачи данных USB (D+ и D–). Она разработана для изолированных концентраторов USB и медицинского оборудования.