Frage zu USB-Schirmung

[Stefan Raeder]

Hallo zusammen,

hat jemand Erfahrungen mit USB? Speziell geht
es mir um die Schirmung der Schnittstelle.

Also ich habe folgendes:

- Gerät, Grundstruktur Metall umschlossen
von Kunststoffgehäuse
- Elektronik, GND nicht direkt an Geräteerde
(nur über R, C und Varistor geerdet)
- Betriebsspannung des Gerätes 24Vac

Das Gerät soll nun eine USB-Schnittstelle bekommen.
Ich habe ein bisschen Probleme damit, GND der
Elektronik mit der Schirmung des USB-Steckers zu
verbinden, weil GND dann direkt am Gehäuse
zugänglich ist (->ESD), wenn kein Kabel angesteckt ist.

Im EMV-Labor wird man da auch mit Sicherheit eine
Ladung mit der ESD-Pistole drauf abgeben.

Könnte ich den Schirmkontakt des USB-Steckers

- vielleicht einfach nicht kontaktieren (die Schirmung
"schwebt" also auf der Geräteseite frei) oder

- sollte ich den Schirmkontakt mit der Geräteerde
verbinden oder

- sollte ich doch den Schirmkontakt mit GND der
Elektronik verbinden?

Wie ist eure Meinung?

Gruss
Stefan

 

[Peter Weiss]

Hallo!

Stefan Raeder wrote:

Ich habe ein bisschen Probleme damit, GND der
Elektronik mit der Schirmung des USB-Steckers zu
verbinden, weil GND dann direkt am Gehäuse
zugänglich ist (->ESD), wenn kein Kabel angesteckt ist.

Das ist normalerweise kein Problem, sofern die Masseverbindungen alle
sehr niederohmig sind (niederohmig auch bei 1 GHz, 2*PI*f*L beachten!)

Im EMV-Labor wird man da auch mit Sicherheit eine
Ladung mit der ESD-Pistole drauf abgeben.

Wird man, und nicht nur das, auch auf das geschirmte USB-Kabel wird man
Bursts geben, sofern Du nicht eine Möglichkeit findest, das zu
verhindern.

Könnte ich den Schirmkontakt des USB-Steckers
- vielleicht einfach nicht kontaktieren (die Schirmung
"schwebt" also auf der Geräteseite frei) oder

Das ist ungefähr das Schlimmste, was man machen kann, in etwa
gleichbedeutend mit "keine Schirmung".

- sollte ich den Schirmkontakt mit der Geräteerde
verbinden oder

Besser.

- sollte ich doch den Schirmkontakt mit GND der
Elektronik verbinden?

GND der Elektronik und metallenes Gehäuse sind nur über einen
Kondensator miteinander verbunden, oder wie? Das ist generell keine so
gute Idee. Besser ist es, die Elektronik wirklich niederohmig mit dem
Gehäuse zu verbinden, und wenn die Versorgungsspannung potentialfrei
sein soll, einen DCDC-Wandler am Eingang einzusetzen, der das Potential
auftrennt.

Ich hatte vor einiger Zeit auch mal so ein Problem mit einer
Meßelektronik in der Nähe von großen Schweißrobotern (hohe
magnetische Felder durch die Schweißvorgänge und starke Störfelder
durch die Servomotoren). Da hat es nur geholfen, das Gehäuse und GND
der Elektronik an einem zentralen Punkt zusammenzuführen. Dann waren
auch mehrere 100 V/m bei 80% AM kein Problem mehr, die Meßelektronik
hat sich auch von 15 kV ESD nicht mehr beeindrucken lassen. Und eine
vernünftige Kabelschirmung mit sauberer Erdung hält auch Bursts mit 4
kV bei 100 kHz von den Adern fern.

Schlitze oder Stoßstellen im Deckel wirken übrigens wunderbar als
Schlitzkoppler bei lamba/4 oder 5/4*lambda und diversen anderen
Resonanzen, also Vorsicht! Schrauben nicht zu weit auseinander, sonst
hast Du u. U. Einkoppeleffekte im HF-Feld.

Getestet wird übrigens nach EN61000-6-x, je nachdem für
Heimbereich/leichtes Gewerbe oder für Industriebereich, kommt halt auf
den Anwendungsbereich an. Es gibt jeweils eine Norm für Einstörung
und eine für Abstrahlung.



CU Peter

 

[Stefan Raeder]

"Peter Weiss" schrieb ...

GND der Elektronik und metallenes Gehäuse sind nur über einen
Kondensator miteinander verbunden, oder wie? Das ist generell keine so
gute Idee. Besser ist es, die Elektronik wirklich niederohmig mit dem
Gehäuse zu verbinden, und wenn die Versorgungsspannung potentialfrei
sein soll, einen DCDC-Wandler am Eingang einzusetzen, der das Potential
auftrennt.

Inwieweit hat denn eine niederohmige Erdung der Elektronik
Einfluss auf den Ableitstrom des Gerätes, wenn die Elektronik über
einen Transformator versorgt wird? Nicht so viel, da sekundärseitig,
oder?

Ich habe oft damit zu tun, dass mehrere Leiterkarten in einem
Gerät vorhanden sind, welche durch die gleiche Wechselspannungs-
quelle versorgt werden. Dort habe ich die einzelnen Leitergarten
nicht niederohmig erden können, da eine solche Erdung immer
einen Zweig eines Brückengleichrichters der Leiterkarten
kurzschließt. Ich bin immer ohne Probleme durch EMV-Test
gekommen, deshalb habe ich auch diesmal keine nieder-
ohmige Erdung vorgesehen.

Rein vom Gefühl würde ich GND auch gerne niederohmig erden!


Gruss
Stefan

 

[Peter Weiss]

Hallo!

Stefan Raeder wrote:

Inwieweit hat denn eine niederohmige Erdung der Elektronik
Einfluss auf den Ableitstrom des Gerätes, wenn die Elektronik über
einen Transformator versorgt wird? Nicht so viel, da sekundärseitig,
oder?

Das Gerät fällt unter Schutzklasse II und hat einen Trafo nach VDE
0550/0551 drin? Es ist keine Verbindung zwischen PE und dem Gehäuse
vorhanden?

Ich bin immer ohne Probleme durch EMV-Test
gekommen, deshalb habe ich auch diesmal keine nieder-
ohmige Erdung vorgesehen.

Wenn die Elektronik selbst nicht sehr störanfällig ist, dann kann das
auch so gut gehen. Bei meiner Geschichte mit der Meßtechnik in der
Nähe starker Störfelder waren halt mV in der Elektronik neben üblen
Störfeldern, da ging das nur mit sauberer Erdung.

Rein vom Gefühl würde ich GND auch gerne niederohmig erden!

Ist auch besser so, denn wenn Du Störsignale auf Schaltungsmasse hast,
und die Schaltungsmasse niederohmig mit Gehäuse/PE verbunden ist, dann
ist einfach Ruhe. Empfindliche Signale überträgt man sowieso nicht
massebezogen, sondern differentiell, oder mit einer eigenen
Masseleitung, die erst am Sternpunkt mit der übrigen Masse
zusammenläuft.

Kommt halt immer auf die Anwendung, auf das Umfeld, auf die
Störsicherheit der Schaltung drauf an. So ein allgemeines Rezept kann
man da nicht geben, außer daß man ein für den Einsatzzweck passendes
Massekonzept haben sollte. Wenn ich da aber USB lese, dann kann das eh
nichts sein, was in stark gestörter Umgebung noch laufen muß, also
würde ich vom Gefühl her sagen, die Schirmung des USB besser mit
Gehäuse als mit Schaltungsmasse verbinden (in der Hoffnung, daß das
USB-Kabel eine saubere Trennung zwischen Versorgungs-Minus und
Schirmung macht). Je nach Einsatz kann es aber sein, daß ein
angeschlossenes USB-Gerät die Schirmung mit Versorgungs-Minus
verbindet, das darf dann Deiner Schaltung nichts ausmachen.



CU Peter

 

[Stefan Raeder]

"Peter Weiss" schrieb

Das Gerät fällt unter Schutzklasse II und hat einen Trafo nach VDE
0550/0551 drin? Es ist keine Verbindung zwischen PE und dem Gehäuse
vorhanden?

Doch, PE ist mit dem Gehäuse verbunden.

Wenn die Elektronik selbst nicht sehr störanfällig ist, dann kann das
auch so gut gehen.

Das Vorgängergerät, welches ähnlich aufgebaut wurde, hat eigentlich
nie irgendwelche Schwierigkeiten gemacht. Von dem Gerät wurden
größere Stückzahlen gefertigt, ich gehe also mal davon aus, dass
das Massekonzept soweit in Ordnung ist.

Bei meiner Geschichte mit der Meßtechnik in der
Nähe starker Störfelder waren halt mV in der Elektronik neben üblen
Störfeldern, da ging das nur mit sauberer Erdung.

Kann ich mir vorstellen, dass man bei mV schnell Probleme
bekommt, wenn die Umgebungsbedingungen schwierig sind.

Ich werde jetzt einfach mal GND mit PE am Sternpunkt verbinden
und mir ein paar Signale mit dem Oszilloskop ansehen.
USB-Abschirmung verbinde ich dann mit Gehäuse, nicht
mit Schaltungsmasse.

Danke für die Hinweise und Tipps!

Gruesse
Stefan