Насколько надежна последовательная USB-шина? Каковы риски и как их можно минимизировать?

Введение

USB существует довольно давно, широко используется даже в автомобильной, морской и космической промышленности. Однако некоторые способы коммуникации являются более надежными, чем другие, с точки зрения:

• Возможность горячего резервирования

• Защита подключенного оборудования от сбоев в других соединениях (скачки напряжения, короткие замыкания, неправильное поведение [данные, уровни напряжения, синхронизация ...] ...) или в самом концентраторе / коммутаторе

• Большое среднее время до сбоя («зависание» или сбой оборудования)

Обычно частота ошибок немного менее важна, поскольку обнаружение и исправление (которые могут потребовать повторной передачи) обрабатываются библиотекой / стеком протоколов.

Вопрос

Я хотел бы знать, насколько надежна система на базе USB-концентратора (скажем, 16 портов, будь то последовательное соединение или нет). Что обычно может пойти не так, и что можно сделать (защита / топология ...), чтобы предотвратить распространение единичных сбоев (в идеале я бы просто поменял неисправное оборудование, и оно было бы готово к работе).

Конкретная проблема

Для работы определенного компонента оборудования мне необходимо подключить 16 устройств как к первичному ПК, так и к резервному ПК (с заменой в случае сбоя другого устройства). 75% устройств имеют как Ethernet, так и USB, а 25% - только USB, и мне интересно, следует ли мне все упростить (что также может повысить надежность), используя только USB, или оба, чтобы максимизировать надежность. Для USB переключение между двумя компьютерами будет осуществляться с помощью ручного переключателя.

Чтобы проиллюстрировать это , ступицу я Рассматриваемая это один , обработка <350W скачков напряжения , но , кажется , не изолированы; Я догадываюсь, что они используют термин «промышленный», поэтому я могу переключить его на несколько последовательных портов. Подключенное оборудование представляет собой набор промышленных ПИД-регуляторов температуры, ИБП и прецизионный термометр. Однако этот вопрос носит более общий характер.

Вы правы в том, что скачки являются проблемой каскадных сбоев; верно и то, что USB не имеет гальванической развязки по умолчанию, и на самом деле затруднительно изолировать его из-за его полудуплексного, двунаправленного, дифференциального, но не всегда (взрыв SE0!) характера. К счастью, добрые люди из Analog Devices сделали шаг вперед и собрали ADuM4160, чтобы позаботиться обо всех действительно сложных частях изоляции USB - хотя он поддерживает только низкую или полную скорость работы и не может передавать сигналы согласования низкой / полной скорости, Это означает, что он не может быть встроен в изолированный USB-компонент общего назначения без посторонней помощи, но он все еще ближе всего к общему доступному USB-разъединителю.

Предполагая, что имеется надежный источник питания 5 В для концентраторов, и, предпочтительно, один источник питания 5 В на концентратор (не сложно!), Я бы разделил концентраторы на 4 порта каждый и изолировал порт восходящего потока для каждого концентратора - выберите ваш любимый чипсет концентратора здесь , Наряду с хорошим подавлением перенапряжений для каждого порта, для которого я бы определил пару устройств Bourns TBU последовательно с D + / D- и шунтирующим низкоемким высокоэнергетическим ограничителем в дополнение к ограничителю MOV и TVSS зажим + ток или PPTC для Vbus и обязательная TVSS / зажимная сеть для D + / D-, это должно ограничивать распространение скачков через сеть USB.

Я работаю в ИТ-отделе на своем рабочем месте, и многие на моем рабочем месте используют несколько устройств одновременно на шести-портовом USB-концентраторе. У меня никогда не было никаких жалоб или проблем с ними, будь то дома или среди других людей на моем рабочем месте. Мы можем без проблем заменить любое устройство на концентраторе. Однако следует учитывать, что пропускная способность будет распределяться между всеми устройствами концентратора. Это означает, что если у вас есть два хороших жестких диска USB 3.0 (теоретически 5 Гбит / с), работающих на концентраторе, передающем информацию друг другу, они будут передавать только со скоростью 2,5 Гбит / с каждый (при оптимальных теоретических условиях).