¿Cómo conectar el escudo del conector USB?

53

¿Cómo debo enrutar el escudo del conector USB en la PCB? ¿Debería estar conectado al plano GND justo donde se coloca el USB, o el escudo debe estar aislado de GND, o debe estar conectado a tierra a través de un chip de protección ESD, resistencia de alta resistencia o fusible?

PD. ¿Debo poner las conexiones de pantalla en el esquema, o simplemente enrutarlo en PCB?

Andrzej H
fuente
1
He visto los tres, en productos comerciales. : / Sí, ponlo en el esquema. Por qué no? :)
endolith
1
Las respuestas dieron algunas buenas referencias para conectarse al circuito. Tiendo a pensar en el escudo como una extensión de la jaula de Faraday y me aseguro de que se conecte lo más apretado posible / sensible a la jaula circundante (recinto). De esa forma, la electrónica estará dentro del blindaje en el dispositivo (carcasa), el cable (blindaje) y el extremo del host (carcasa) sin espacios. ¿Esto parece razonable?
XTL
1
La única preocupación restante son los bucles de tierra.
Vorac

Respuestas:

25

Para que el escudo sea efectivo, requiere la conexión de baja impedancia posible a la tierra de su escudo. Creo que aquellos que recomiendan resistencias, o que no lo conectan a tierra en absoluto, o que hablan estrictamente de su tierra de lógica digital, y suponiendo que tienen una tierra de blindaje separada. Si tiene un recinto de metal, este será su escudo de tierra. En algún momento, su tierra digital debe conectarse a la tierra de su escudo. Por razones de EMI, este punto único debe estar cerca de su área de E / S. Esto significa que es mejor colocar su conector USB con cualquier otro conector de E / S alrededor de una sección de la placa y ubicar su escudo en el punto de tierra lógica en esa ubicación. Hay algunas excepciones al punto único, regla, si tiene una carcasa metálica sólida sin aberturas, por ejemplo, múltiples puntos de conexión pueden ser útiles. En todo caso, en el blindaje a la conexión a tierra del circuito, algunos pueden recomendar el uso de una resistencia o condensador (o ambos), pero rara vez hay una razón razonable para hacerlo. Desea una conexión de baja inductancia entre los dos para proporcionar una ruta para el ruido de modo común. ¿Por qué desviar el ruido a través de la capacitancia parásita (por ejemplo, irradiarlo al medio ambiente)? La única razón que se suele dar para tales tácticas es evitar los bucles de tierra, pero está hablando de USB, los bucles de tierra probablemente no serán un problema para la mayoría de las aplicaciones USB. De acuerdo, tales tácticas evitarán bucles de tierra, pero también harán que tu protección sea casi ineficaz. Desea una conexión de baja inductancia entre los dos para proporcionar una ruta para el ruido de modo común. ¿Por qué desviar el ruido a través de la capacitancia parásita (por ejemplo, irradiarlo al medio ambiente)? La única razón que se suele dar para tales tácticas es evitar los bucles de tierra, pero está hablando de USB, los bucles de tierra probablemente no serán un problema para la mayoría de las aplicaciones USB. De acuerdo, tales tácticas evitarán bucles de tierra, pero también harán que tu protección sea casi ineficaz. Desea una conexión de baja inductancia entre los dos para proporcionar una ruta para el ruido de modo común. ¿Por qué desviar el ruido a través de la capacitancia parásita (por ejemplo, irradiarlo al medio ambiente)? La única razón que se suele dar para tales tácticas es evitar los bucles de tierra, pero está hablando de USB, los bucles de tierra probablemente no serán un problema para la mayoría de las aplicaciones USB. De acuerdo, tales tácticas evitarán bucles de tierra, pero también harán que tu protección sea casi ineficaz.

bt2
fuente
19

Herny Ott analiza esto en su libro, "Ingeniería de compatibilidad electromagnética". Tienes que mirarlo desde la imagen más grande. IE, ¿qué está haciendo el escudo?

Para señales de baja frecuencia, el escudo se utiliza para proteger la señal que se transfiere. Desea evitar que las señales de radio de línea de alimentación / AM / FM se acoplen a su señal porque interferirá con las operaciones normales. Por lo tanto, no debe atar el GND en ambos extremos. Los bucles de tierra harán que pequeños ruidos se acoplen a su señal, por lo tanto, el bucle de tierra debe estar roto. Esto no significa que dejes colgado el escudo. Debe atar el blindaje del cable a su gabinete y, si es necesario (como en el caso de coaxial), puede atar la tierra de su circuito a este mismo punto. Desea utilizar la puesta a tierra de un solo punto tanto como sea posible para baja frecuencia por los motivos anteriores.

Sin embargo, para señales de alta frecuencia, lo contrario es cierto. Suelen ser señales digitales a frecuencias muy altas. Incluso si se juntara algo de ruido, la naturaleza digital de la electrónica, así como el filtrado, deberían mantener fácilmente las operaciones normales. Desea reducir las emisiones de las señales de datos, NO protegerlo de la radiación. Por esta razón, la ruta de impedancia más baja debe estar conectada al blindaje en AMBOS extremos. Sí, habrá bucles de tierra y el ruido se acoplará, pero no importará. En el caso de alta frecuencia, se prefiere tierra multipunto.


fuente
6

Verifique si el fabricante de su chip USB especifica qué debe usar. Estoy bastante seguro de que Cypress recomienda una resistencia de 1M y una tapa de 4.7nf que conecta el blindaje a tierra. Los dos orificios de protección deben estar conectados con una traza muy grande (¿creo que sugirieron 100 mils?)

ajs410
fuente
1
Una hoja de datos de chips no es una buena fuente para ese tipo de información. Pregúntese: ¿importaría si utilizara otro chip de fabricante? Debe mirar la imagen más grande, como si planea usar un escudo tipo jaula de Faraday alrededor de su tablero, etc.
Rolf Ostergaard el
8
Estoy en desacuerdo. SIEMPRE debe leer la hoja de datos de su chip para determinar qué recomienda el fabricante. Si usa el chip de otro fabricante, lea la hoja de datos de ese fabricante. Sin embargo, en principio, el blindaje debe ser el mismo para la mayoría de los proyectos: las especificaciones USB recomiendan que el blindaje esté conectado a tierra de forma segura en el host, no en el dispositivo, de ahí el acoplamiento de CA recomendado por Cypress. Si sabes lo suficiente sobre el blindaje como para incorporar una jaula de Faraday alrededor de tu tablero, probablemente no estés pidiendo ayuda en este intercambio de pila ...
ajs410
3

4 Conecte la conexión SHIELD a GND a través de una resistencia. Esto ayuda a aislarlo y reduce las emisiones EMI y RFI. Mantenga esta resistencia cerca del conector USB. Puede ser necesaria cierta experimentación para obtener el valor correcto.

5 Proporcione un plano para el escudo USB en la capa de señal adyacente al plano VCC que no sea más grande que el encabezado USB.

http://www.cypress.com/?docID=4398

El principal desafío del cumplimiento de EMI de dispositivos de velocidad completa es evitar que la energía de alta frecuencia se acople al escudo.

Los dispositivos de velocidad completa usan un cable blindado que requiere que la carcasa del conector esté atada al plano de tierra. Es importante tener en cuenta que un plano de tierra no se comporta como una superficie equipotencial a altas frecuencias. La ubicación de la terminación de la carcasa del conector en el plano Gnd es crítica. La conexión debe realizarse en el área más tranquila del plano de tierra para evitar que el ruido del plano de tierra se acople al escudo ...

http://www.ti.com/sc/docs/apps/msp/intrface/usb/emitest.pdf

etc.

Google para "directrices de USB"

endolito
fuente
2

El escudo no debe estar conectado a tierra. Está conectado a tierra en el extremo del host, por supuesto.

Leon Heller
fuente
1
Si dejas el extremo del dispositivo del escudo flotante, estoy bastante seguro de que acabas de hacer una antena enorme.
ajs410
1
No estoy de acuerdo con el efecto (antena gigante) y el razonamiento (no está garantizado que el fabricante de la placa base no hubiera usado la misma lógica: "Está conectado a tierra en el extremo del dispositivo, por lo que no nos molestaremos")
Kevin Vermeer
¿Entonces me está diciendo que lo que equivale a un cable de seis pies conectado solo a la PC no irradiará todo tipo de RF EMI?
ajs410
2
Los escudos deben conectarse en un solo lugar a tierra, de lo contrario creará un bucle de tierra. Nota: las notas de la aplicación a las que se hace referencia en otras respuestas recomiendan conectar el blindaje a través de una resistencia significativa (por esa misma razón). No iría tan lejos como para recomendar que no se conecte principalmente debido a razones de conexión en caliente.
mazurnificación
55
USB utiliza un cable de 4 conductores, uno de ellos conectado a tierra, por lo que no va a evitar bucles de tierra dejando el blindaje desconectado.
bt2
2

No olny el EMI es el problema. Debe saber que cada vez que conecta el cable al conector obtiene un impulso de descarga ESD. Esto es peligroso para la electrónica. Por lo tanto, nunca conectaría el USB Shild directamente a tierra.

Ciril
fuente
1

Basé un proyecto en una especificación de diseño que requería una resistencia de 33k que conectara el escudo USB al plano de tierra. Era un proyecto para la radioafición, por lo que convenientemente mi placa de circuito se colocó cerca de un detector EMI sensible.

En mi caso, tuve que quitar la resistencia de 33k y acortar el blindaje USB directamente al plano de tierra de mi PCB para limpiar la EMI.

Don
fuente
¿Alguien podría hacer referencia a la recomendación 33k de FTDI por favor?
Pablo
1

El peligro de conectar directamente su escudo a tierra es que si dos dispositivos tienen "tierra" a diferentes potenciales y existe una capacidad significativa de corriente continua de esas fuentes, esta conexión podría servir como un fusible entre los dos sistemas de energía.

Recuerde que un condensador es casi un punto muerto en su frecuencia de resonancia y generalmente conduce a una banda bastante amplia alrededor de esa frecuencia, por lo que un condensador entre la tierra de la pantalla y la tierra del sistema es a menudo el compromiso necesario.

Diseño comunicaciones de bus de datos automotrices y algunos estándares requieren que solo un dispositivo conecte el blindaje directamente a tierra y el resto de los dispositivos deben hacerlo a través de una serie RC. Un bus de datos automotriz tiene una velocidad significativamente menor que USB 2.0, pero los riesgos deberían ser similares. Sin embargo, USB 3.0 podría ser difícil de mantener correctamente sin conexiones de pantalla sólidas. Eso (5 a 10 GHz) está fuera del alcance de mi experiencia de diseño actual.

Walt
fuente
0

Bueno, como parece que necesitamos otra respuesta, votaré por conectarlo a tierra a través de un chip de protección ESD, como el USBLC6 . Me funcionó bien en varios proyectos: sin destrucción aparente de componentes a través de ESD y sin problemas con la integridad de los datos. Creo que sería al menos un poco sospechoso si STmicroelectronics fabricara un chip de este tipo, y soy consciente de que una resistencia, un condensador o un corto a tierra sería igual de bueno.

No sé si este éxito se debe a que es lo correcto, o simplemente es una suerte tonta. Dada la gran variedad de respuestas, estaría tentado a decir que nadie lo hace.

En el trabajo, conectamos las tomas Ethernet directamente a tierra. AFAIK, esto es lo mismo que el problema en cuestión, a pesar de que el cable Ethernet no lleva señal de tierra. Parece funcionar, y fue decidido por alguien con más experiencia que yo.

Kevin Vermeer
fuente
1
Ese chip está destinado a proteger las líneas D + / D-, no el escudo.
Connor Wolf
0

Yo uso una resistencia entre 10K y 50K. IIRC Vi un valor de 33K en una nota de solicitud de FTDI.

Pondría todas las conexiones en el esquema.

jluciani
fuente
1
¿Alguna referencia a este valor de 33K?
Pablo
0

Consulte EMI y USB, que recomienda conectar a tierra ambos extremos para evitar transmisiones EMI a las frecuencias utilizadas para la transmisión de datos USB.

SiegeX
fuente
-1

He diseñado varias placas y siempre he usado el chip FTDI (FT245R). La hoja de datos indica claramente que el blindaje debe estar conectado a GND. ¡El mismo GND de chip que es la base de PCB!

usuario56419
fuente
1
Puede mejorar mucho esta respuesta diciendo dónde se menciona en la hoja de datos o copiando un párrafo o dos de ella. Es un documento razonablemente largo y después de un vistazo rápido, la única mención del escudo que pude encontrar fue un esquema que muestra que no está conectado a ninguna parte.
PeterJ
No. Incorrecto -1. La hoja de datos FT245R indica claramente que el escudo no debe conectarse en el lado esclavo. Pase a las figuras 7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 8.1 en la hoja de datos. Estas figuras no muestran una conexión entre el escudo y la señal de tierra. SHIELD y GND son redes separadas. Ni la conexión del escudo se menciona en ninguna parte del texto.
Nick Alexeev
Además, la conexión de pantalla está probablemente fuera del alcance de la hoja de datos para algo como FT245R. La EMI puede variar de un diseño / aplicación / situación a otra, por lo que el esquema de protección también puede variar.
Nick Alexeev