Vor langer Zeit habe ich über USB-Design gelesen und verstehe nichts.
Ein Vorteil von USB ist die Optron-Entkopplung, die das Anschließen / Trennen von eingeschalteten Geräten sicher macht. Dies impliziert, dass eine direkte (keine Entkopplung) Verbindung (wie bei älteren Schnittstellenports) irgendwie unsicher ist.
Ich habe irgendwo gelesen, dass einige vorübergehende Prozesse beim Verbinden / Trennen auftreten und die Schaltkreise beschädigen können, wenn keine Entkopplung erfolgt, aber keine einfache Erklärung dafür finden kann, was genau passieren könnte.
Was genau passiert beim Anschließen / Trennen von mit Strom versorgten Geräten ohne Entkopplung? Was ist ein einfaches Beispiel dafür, wie Schaden entsteht?
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Antworten:
Drähte und Eingänge wirken als Induktivitäten und Kapazitäten. Aus Filtergründen finden Sie neben den parasitären Elementen des Systems häufig auch die realen Komponenten (Induktivitäten und Kondensatoren). Wenn Sie ein Gerät ein- oder ausstecken, "treffen" Sie einen resonanten LC-Tankkreis, der Spannungs- und Stromschwankungen über den stationären Wert hinaus verursacht und empfindliche Komponenten wie Mikrocontroller oder Speicher-ICs zerstören kann.
Dies geschieht als Sprungantwort beim Anschließen und Trennen des Steckers. Beim Anschließen (Einschalten) des LC-Resonanztanks wird die doppelte angelegte Spannung erreicht. Wenn Sie es trennen, erhalten Sie möglicherweise auch einen Freilaufimpuls von der Energie, die in die Induktivität fließt. Um die Sache noch schlimmer zu machen, ist das Anschließen oder Trennen eines Steckers niemals ein sauberes Ereignis. Wenn Sie mit einem Oszilloskop genau hinschauen, werden Sie feststellen, dass jede Verbindung oder Trennung aus vielen schnellen Impulsen besteht, die vergleichbar, aber oft weitaus schlechter sind als das sogenannte Aufprallen eines Schalters.
Es gibt eine Reihe von Anwendungshinweisen, die verhindern, dass Schaltkreise diese Art von "Hot Plugging" -Schäden verursachen, z. B. der AN-88 von Linear , dieses Designmerkmal von LTC oder diese Anwendungsnotiz .
Dieser Mechanismus gilt für Stromkabel und Datenkabel.
Außerdem können ungeschützte analoge oder digitale Eingänge Latch-Up-Ereignisse verursachen, wenn sie vor dem Anschließen der Stromkabel angeschlossen werden. Dies kann auch bleibende Schäden verursachen.
Dies erklärt nur, wie Schäden an physischen Komponenten auftreten können. Darüber hinaus muss die Software, die zum Herstellen der Kommunikation über Hot-Plug-fähige Schnittstellen erforderlich ist, Hot-Plug-fähig erkennen und unterstützen können, ohne hängen zu bleiben.
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Das Anschließen und Trennen ist ein Problem bei Stromanschlüssen, nicht bei Datenleitungen. Stromversorgungsstifte führen große Ströme und können ohnehin nicht optokoppelt werden.
Der Einschaltstrom wird gesteuert, indem die Kapazität begrenzt wird, die über die Stromleitungen gelegt werden kann. Die USB-Spezifikation sagt nicht mehr als 10 µF zwischen VBUS und GND. Siehe Abschnitt 7.2.4.1 Einschaltstromstoßbegrenzung von der USB - Spezifikation .
Es gibt auch eine Kapazität von mindestens 1 µF, um die Auswirkungen des Ablösens zu unterdrücken. Das Trennen kann zu einer Spannungsspitze an der Induktivität des Kabels führen, wird jedoch nicht als schädlich angesehen. Siehe 7.2.4.2 Dynamisches Trennen der USB-Spezifikation:
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Ich bin mit dem Begriff "Optron-Entkopplung" nicht vertraut, würde aber einige Gründe vorschlagen, die das Anschließen und Trennen von Live-Geräten im Allgemeinen problematisch machen:
Es ist möglich, Geräte so zu gestalten, dass das Hot-Plugging "normalerweise" sicher ist, und es ist möglich, verschiedene Schutzmaßnahmen hinzuzufügen, um die bedingungslose Sicherheit zu gewährleisten. Wenn jedoch kein spezielles Design für das Hot-Plugging vorhanden ist, sollte man vorsichtig sein.
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