Защита ноутбука от USB-подключенных устройств

За последние пару месяцев мне удалось уничтожить 2 совершенно хороших ноутбука с помощью программирования для разработки электроники через USB. Мне было интересно, что можно сделать, чтобы предотвратить это. У меня была пара идей (не знаю, насколько это практично):

1. Разъем / концентратор USB с зажимными стабилитронами 5 В на линиях питания и передачи данных
2. USB-разъем / концентратор с оптоизоляторами на линиях передачи данных
3. поставка USB-подключения с внешним источником питания плюс ранее упомянутая идея

В сочетании с этими идеями, возможно, резисторы на линиях 5 + D + и D- ограничивают ток до 200 мА (этого достаточно для большинства устройств, которые я использую).

Интересно, что думают об этих идеях и их практических последствиях более опытные инженеры, чем я?

Настоящая проблема не в незащищенном USB-порте, а в том, что ваше устройство подвергает вас и ваши устройства риску подключения к источникам высокого напряжения, относительно высокого тока.

Вы можете решить проблему переходного перенапряжения с помощью зажимных диодов, но это не поможет, если у вас достаточно сильный источник питания - он просто выйдет из строя, и тогда вы окажетесь в той же ситуации, что и раньше, всего за миллисекунды и запах сгоревших полупроводников.

Ваша проблема плохая, по многим причинам, и ваши ноутбуки являются наименее из этого:

USB-порт должен обрабатываться вручную (это избыточная формулировка), поэтому, если эта ошибка убьет ваш ноутбук, у меня нет полной уверенности в том, что он по своей природе сохранен для взаимодействия с человеком.

По понятной причине существуют критерии проектирования для схем, которые включают переключение более высоких напряжений с более низкими напряжениями.

Как правило: вам нужна гальваническая развязка между тем, что любой человек (даже техник по обслуживанию) может коснуться во время работы, и опасным напряжением.

Следовательно: строго разделите ваш USB-контроллер и все, что он переключает. Обычной практикой является управление индуктивными или высоковольтными нагрузками с помощью оптопар, вторичная сторона которых приводится в действие отдельным источником питания.

Компоновка платы должна отделять области высокого напряжения от среды 5 В / MCU. Только оптопары, сердечники трансформатора и реле могут пересекать эту границу. Никаких компромиссов.

Типичная проблема заключается в том, что заземление источника питания вашего устройства имеет совершенно иной потенциал, чем заземление USB - хотя это не должно быть проблемой для ноутбука, который сам должен быть гальванически отделен от всего остального, во многих случаях вы сталкиваетесь с проблема с этим (например, заземление ноутбука оказывается на заземлении Ethernet, аудио заземлении, заземлении RS-232 ...). Строгое разделение (изоляция) между контроллером и контролируемым делает это неотъемлемой проблемой.

В основном я работаю с разработчиками Arduino и PIC для управления стиральными и торговыми автоматами (это было не то же самое устройство, которое уничтожило оба ноутбука). Поскольку в основном это риск высокого напряжения, будет ли использование стабилитронов простым и дешевым решением или это будет мешать с данными?

Хорошо. Поскольку вы упоминаете «использование стабилитронов» для защиты от плохо определенного «высокого напряжения», у нас теперь есть одна надежная точка данных: вы понятия не имеете, что делаете.

Поэтому вам нужен USB-изолятор, чтобы защитить порт ноутбука от себя. Мне жаль этот ноутбук, кстати.

Я имею в виду, что ноутбуки изолированы от земли из-за того, что их источники питания не заземлены. Итак, продувать USB-порт ноутбука - это как ... сложно ... Как именно вам удалось это сделать? Вы посылали сетевое напряжение через USB-порт или что-то?

Поскольку вы используете Arduino в качестве основы, решение легко .... используйте одноразовый процессор для программирования и отладки. Среда разработки Arduino прекрасно вписывается в Raspberry Pi, которую вы можете подключить к питанию из встроенной среды и общаться по беспроводной связи с оставшимися ноутбуками или, возможно, настольным компьютером.

Это не помешает вам жарить Raspberry Pi, но снизит стоимость сбоя схемы до 35 долларов.

Хорошо, после множества разъяснений и различных представленных случаев, позвольте мне предложить решение проблемы, как защитить ноутбук от жарки в условиях полевого обслуживания:

1. Всегда сначала подключайте тестовое / диагностическое оборудование к объекту обслуживания и включайте питание.

2. Перед подключением оборудования к ноутбуку проверьте наличие подозрительных напряжений между экранами USB с помощью низкоомного (стандартного 10-20 кОм) цифрового мультиметра, между портом DUT и портом ноутбука, как в режиме постоянного, так и переменного тока.

3. Если обнаружено значительное напряжение (5–10–50 В), используйте настоящий разделительный трансформатор на одном из концов.

Использование Pi / Beaglebone / Tinkerbox через WiFi будет дешевым и простым. ЧИП выглядит хорошо, см. Https://getchip.com/pages/chip . 5-9 $ за устройство. Вы можете убить 7 фишек по цене 1 пи3. Очевидно, что вам все еще нужно решить проблему, при которой киловольтные напряжения достигают портов USB, но по крайней мере ваша рабочая станция будет в безопасности. Не подключайте его к локальной сети через Ethernet.

Передача файлов - это просто вопрос использования ssh-доступа на основе ключей без пароля для scp-файлов на Pi / other и удаленной оболочки для загрузки. Для arduino есть пакет arduino-mk и аналогичные инструменты для PIC. Без сомнения, вы также можете просто сохранить свои файлы на экспортированном общем ресурсе SMB / CIFS и использовать удаленную оболочку для создания и загрузки их на свои доски.

Если убийственное напряжение произойдет снова, вы потеряете только 30-35 $.

Я до сих пор не выяснил, как этим напряжениям удается пройти через ваши микроконтроллеры и войти в порт USB. Это короткий? От куда это? Я уничтожил много клонов Arduino, и мне искренне любопытно.

Кроме того, порты USB, как правило, полифузионны от умеренного напряжения. На самом деле вам нужно подать отрицательное напряжение на вывод 5 В, чтобы отключить порт (или положительно на вывод GND), контроллер и, возможно, материнскую плату. Как ты справляешься с убийством двух ноутбуков? Может ли это быть магия переменного тока на работе?