Какие меры следует предпринять для защиты портов USB моего компьютера во время разработки устройства USB?

118

Я собираюсь начать разработку устройства USB 1.1 с использованием микроконтроллера PIC. Во время этого процесса я оставлю один из USB-портов моего ПК подключенным к макетной плате. Я не хочу разрушать USB-порт моего компьютера из-за короткого замыкания или случайного подключения линии данных друг к другу или линии электропередачи. $\pm$

Как я могу защитить порты USB? Стандартный порт USB имеет встроенную защиту от короткого замыкания? Должен ли я подключить диоды, резисторы, предохранители на / через / через некоторые контакты?

введите описание изображения здесь

usb protection

— hkBattousai
источник

4

Хорошим началом будет использование сбрасываемого предохранителя на VCC, если вы правильно его оценили. Я не могу говорить о том, как они будут работать на линии данных, хотя.

— Полином

1

Для линий данных потребуется как минимум TVS или, что еще лучше, оптоизоляция.

— Игнасио Васкес-Абрамс

Я думаю, что современные материнские платы несколько терпимы. Когда я возился с AVR, я случайно подключил GND к VCC, и, кроме того, что устройство было отключено системой (т. Е. Окна воспроизводили звук «устройство отключено»), ничего не произошло. Возможно, стоит отметить, что это не было прямое соединение USB. VCC проходил через кабель ISP (который получил от USB), а GND - через последовательный кабель USB =>.

— ThiefMaster

@ThiefMaster "немного" - я все еще не доверял бы этому. Я поджарил совершенно новую плату (отключив половину портов USB) в процессе подключения стандартного разъема MicroUSB3 - должно быть, каким-то образом случайно замкнул некоторые контакты. Дело в том, что все еще довольно легко повредить.

— Боб

2

Ни при каких обстоятельствах не доверяйте материнской плате защищать вас. Мне удается взорвать мою материнскую плату, клавиатуру, мышь и некоторые другие периферийные устройства USB, когда я подаю 24 В на шину 5 В ....

— CurtisHx

83

Это должно расширить предложение Леона использовать концентратор.

Концентраторы USB не все созданы равными. Неофициально существует несколько «сортов»:

Дешевые хабы. Они оптимизированы по стоимости до такой степени, что они больше не соответствуют спецификации USB. Зачастую линии + 5В нисходящих портов подключаются непосредственно к компьютеру. Нет защитных выключателей. Может быть, полифузия, если повезет.
редактирование: Вот поток, в котором описывается, как неправильно спроектированный USB-концентратор обеспечивает обратную связь с его ПК.
Достойные хабы. Выходное напряжение + 5 В подключено через переключатель с защитой от перегрузки по току. Защита от электростатического разряда обычно присутствует.
Промышленные хабы. Там обычно респектабельная защита от перенапряжения в виде TVS и самовосстанавливающихся предохранителей.
Изолированные хабы. Существует фактическая гальваническая развязка между входным и выходным портами. Номинальная изоляция обычно составляет от 2 кВ до 5 кВ. Изолированные концентраторы используются, когда действительно выходное напряжение может поступать из выходного порта (например, сеть переменного тока, дефибриллятор, противо-ЭДС от большого двигателя). Изолированные втулки также используются для разрыва контуров заземления в условиях ванили.

Что использовать, зависит от типа угрозы, которую вы ожидаете.

Если вы беспокоитесь о коротких замыканиях между питанием и линиями передачи данных, вы можете использовать приличный концентратор. В худшем случае хаб-контроллер будет принесен в жертву, но он сохранит порт на ноутбуке.
Если вы обеспокоены тем, что на компьютер может попасть напряжение выше + 5 В, вы можете усилить концентратор защитой от перенапряжения, состоящей из TVS и полифузии. Тем не менее, я все еще говорю об относительно низких напряжениях порядка + 24В.
Если вы беспокоитесь о действительно высоком напряжении, подумайте о изолированном концентраторе, газоразрядных трубках. Подумайте об использовании компьютера, который вы можете позволить себе потерять.

— Ник Алексеев
источник

Что если мы беспокоимся о другом оборудовании, которое подключено к тому же концентратору? Хватит ли промышленного узла?

— user42875

1

@ user42875 Ответ: возможно, это зависит от конкретного хаба и ожидаемого уровня угрозы. Вам нужно будет посмотреть спецификации вашего конкретного промышленного узла.

— Ник Алексеев

@NickAlexeev хорошо, но как вы определенно понимаете разницу между «дешевым» и «приличным» хабом? И почему бы не использовать USB-изолятор (самая дешевая цена около 10 $)

— JinSnow

34

Используйте концентратор. Они довольно недорогие, и ваши USB-порты будут в полной безопасности, независимо от того, что делает ваше устройство.

— Леон Хеллер
источник

12

Ну, ничего ... эти концентраторы рассчитаны только на пару кВ изоляции;)

— Полином

4

Если концентратор пассивный, контакты питания будут напрямую подключены к линиям питания ПК, или они все еще будут обеспечивать изоляцию питания?

— alexan_e

3

@ Гвидо Плохая история. Твой учитель не знал, что делал. Молния может прыгать через гражданский USB-концентратор как бизнес. Надлежащая молниезащита обеспечивается путем подачи большей части заряда на землю (заземление) через газоразрядные трубки (GDT) и фиксации оставшегося заряда с помощью стабилитронов TVS.

— Ник Алексеев

19

Как кто-то, кто зарабатывает этим на жизнь, любой дешевый концентратор в линии должен обеспечить вам 100% защиту, если ваша материнская плата обеспечивает разумную защиту от короткого замыкания. Мы используем их все время, даже когда проводим ESD-тестирование на наших деталях (15-киловольтные блоки питания довольно интересны), и никогда не взрываем и не снимаем хост-порт.

Линии передачи данных от дешевого концентратора просто не могут быть физически подключены к ПК - между ними должна быть микросхема концентратора для разделения связи между 4 или 7 портами, которые обеспечивает концентратор. USB - это не шина, как Ethernet - подключение нескольких портов по проводам просто не работает, так как слишком много сигналов основано на уровнях постоянного тока. Этот хаб-чип обеспечит практически надежную защиту между вашим устройством и портом хоста на линиях передачи данных.

Власть это другая проблема. У меня была одна материнская плата, которая в настоящее время ограничивала порт USB предохранителем на линии USB 5V - не перезагружаемым полифузом, а плавким проводным предохранителем. Непреднамеренная короткая операция потребовала серьезной операции на материнской плате. Власть - это область, которая, скорее всего, вызовет проблемы. Купите хороший концентратор с питанием (скажем, стоимостью 25 долларов), используйте прилагаемый адаптер, и все готово к работе.

Если вы действительно параноик, USB разрешает до 4 концентраторов между хостом и устройством. Купите 4 разных дешевых питающих концентратора, подключите их в ряд и сделайте это.

Удачи

— Фрэнк Шваб
источник

6

Объединение нескольких концентраторов имеет еще одно преимущество. В первые дни USB было необычно видеть устройства, которые не будут работать хорошо или вообще, если более чем один концентратор от хоста. Регулярное тестирование с четырьмя должно вытряхнуть много маленьких предположений о времени ожидания. Не забудьте также проверить правильность работы с меньшим количеством концентраторов, если вы уверены в безопасности работы.

— RBerteig

5

Как человек, который также подключает прототип USB-оборудования к ПК, также следует помнить, что нестабильное программное обеспечение USB может привести к сбою операционной системы хоста. У нас есть проблемы с отключением USB-портами Windows (требуется перезагрузка). Также OSX иногда вызывает панику ядра из-за плохих данных на USB.

— Дэвид Пул

13

Аналоговые устройства представляют собой двухчиповое решение для вашей проблемы, оно обеспечивает полную мощность и изоляцию данных для шины USB до 12 Мбит / с, что должно подойти для ваших потребностей:

http://www.ubasics.com/usb_isolator

Питание -
Данные ADuM5000 - ADuM4160

введите описание изображения здесь

Существует ряд оценочных комплектов и разделочных досок, которые облегчают их использование для тех, кто не очень удобен с паяльником.

— Адам Дэвис
источник

4

И как он защищает USB, когда он собирает это и тестирует его в первый раз ;-)

— Myforwik

7

@ Myforwik Он будет использовать концентратор!

— Ян Бойд

12

Используйте беспроводной концентратор. Мне бы хотелось, чтобы кто-то создал USB-устройство, способное жарить материнскую плату через беспроводной USB-концентратор ...

— BenjiWiebe
источник

2

Хотите попробовать мою катушку Тесла 10 кВ на расстоянии нескольких сантиметров?

— Эллиот Фриш

11

Конечно, он хотел бы увидеть это, кто бы не стал? :)

— Пол Бекотт

1

@PaulBecotte Андеррайтеры из UL. ;)

— Эллиот Фриш

1

@BenjiWiebe Просто позволь мне сначала приклеить к нему USB-шнур ...

— Эллиот Фриш

1

Катушка искрового разрядника с неоновым трансформатором ; это был веселый проект выходного дня.

— Эллиот Фриш

6

Использование концентратора (с автономным питанием) - хорошая идея. Кроме того, вы можете использовать дополнительную карту USB на вашем ПК вместо встроенных USB-портов вашей системы, что обеспечит дополнительную защиту.

— Джон
источник

0

Если устройство, которое вы выполняете, работает от мощности USB-порта, подойдет простой концентратор. Если устройство использует внешний источник питания, используйте изоляцию. Я говорю об этом опытным путем. Один из моих портов usb моего MacBook Pro зажарен из-за замыкания на землю с платой Arduino с внешним питанием. Один из других устройств имеет хорошее решение для недорогой изоляции USB.

— Jelbert
источник