Вы имеете в виду ESD protection компоненты VD2, VD3? Нет, они не имеют никакого отнощение к помехе. Вы хотите сказать что если их выпаять, то сбоев не будет? Ни в коем случае это не поможет.
Касательно земли по питанию AC, это тоже без разницы, есть эта земля (класс 1) или ее нет (класс2). Сбоит оттого что при наличии помехи все сигналы относяшиеся к HOST (gnd, 5V, D+, D-) "прыгают" относительно тех же сигналов относящихся к device. А из-за наличия паразитной емкости между сигналами эти "скачки" для каждого сигнала отличаются друг от друга по амплитуде, поэтому часть помехи прикладывается между D+,D- и происходит сбой.

Коллеги, здравствуйте.
В том-то вся и проблема, что характер сбоев не понятен. Источник сигнала 220 VAC также гальванически изолирован от модулей либо через оптопары входов, либо через конструктив реле выходов. Т.е. гальваническая развязка от собственно контроллера двойная. Однако, сбои наблюдаются регулярно. Что это - недостаток асинхронного интерфейса USB? Есть ли возможность аппаратно решить проблему. Переход на другой интерфейс будет очень затратным, потому вопрос и поднят. Если у кого есть реальные идеи, могу свести с руководством фирмы, есть возможность получить какие-то бонусы. Пишите в личку.

Все таки, это скорее всего синфазные помехи от АС-DC, они просачиваются даже через очень маленькие паразитные емкости. Ставте синфазные фильтры по входам и выходам AC-DC.

также, большое значение имеет качество USB кабелей и их длина. Проверьте что экранная оплетка соединена с конектором.

К сожалению, комплексная оценка системы в части помехоустойчивости всегда непрогнозируема.

Иногда удаётся обойтись малой кровью. Например, в случаях грубых ошибок с заземлениями.
Может помочь возня с кабелями(кольца, экраны и т.д.), если проблемное место почти очевидно.

Но чаще всего, учесть и оценить все паразитные связи, источники помех и их характер не удаётся.
Т.е., модель помех получается неточной и неполной, а её использование сильно затруднено.
В таких случаях, борьба с помехами может вылиться в широкое использование "метода тыка".
Затратность такой борьбы может превысить стоимость радикальных мер по замене чувствительных к шуму элементов и решений.

Думаю, что придётся Вам разбираться с этой историей самому.
Т.е., попытаться построить модель помех и разобраться с возможными ошибками.
Очень рекомендую пользоваться следующей книжкой:
Отт Г. - Методы подавления шумов и помех в электронных системах (1979).

И вот если как следует разберётесь и окончательно упрётесь, свежий взгляд со стороны может помочь.
И есть вероятность, что в конце концов радикальные меры по замене интерфейса окажутся дешевле.

А параллельно контактам реле что-нибудь стоит?
Горе в том, что сбои идут нерегулярно... Никто не может поручиться, что при одновременном (или с некоторой задержкой) срабатывании определенных реле уровень поставленной защиты не будет преодолен помехой.

Горе в том, что без схемы соединений обсуждение м.б. только "общетеоретическим". Ну очень "общетеоретическим".

Схема соединений в данном случае имеет десятистепенную важность.
Tanya все правильно изложила:

в усб есть две системные проблемы:
1) никудышняя помехоустойчивость на уровне электрических сигналов%
2) идиотическая (у меня другие выражения только матерные) обработка сбоев предписываемая спецификацией. спецификацию буквально соблюдают все реализации усб хостов включая кремний (это потому что если кодеры хоста отступят от спецификации хоть на микрон зОказчеГи их распнут). результат соблюдения - в большинстве случаев мертвое зависание хоста при единичном сбое на шине.

п.п. 1 и 2 совместно дают "usb не лечится".

Как я понимаю, C5 одну из развязок нейтрализует, попробуйте убрать.

А куда у вас подключен экран? Если на H-GND, то попробуйте разорвать эту связь и подключить к H-GND через параллельно соединенные конденсатор 1н и резистор 1М.

Я бы по другому построил защиту:
1. Непосредственно у разъёма поставил бы USBLC6 вместо VD2-VD3 сидящую на земле и питании разъёма, имеющую 0.1мкФ. Все цепи в верхнем слое без переходных отверстий.
2. Очень хочется иметь L2 - перенесите за USBLC6.
3. За USBLC6 землю можно разорвать дроселем типа BLM - у вас там всё равно выше 12МГц ничего по земле не передаётся.
4. На ввод питания в систему L3-BLM поставил бы ёмкость X7R 10-100мкФ в соответствии с потреблением от USB.

Ага, а в тех решениях, где USB работает, особенно в условиях сильных помех, схема соединений таки имеет значение. Пример со спектрометром тому подтверждение.
Правда, стоит ещё добавить, что в условиях сильных помех применяют и ряд дополнительных методов по их подавлению.
Так что, вопрос только в соотношении реальных и допустимых уровней помех.
Например, если работать в зоне дуговой сварки, особенно на малых сварочных токах, без аккуратной проработки защитных мер поляжет всё, что угодно. Но работают же.

А если вернуться к схеме соединений, то 80..90% такого рода проблем - это косяки с заземлением, земляными петлями и питанием. Т.е., на 2/3 это схема соединений.
В своё время приходилось достаточно много этим заниматься. Фантазиям народным нет границ.

Ну а проблемы USB давно известны. И давно известно то, что для многих задач это не лучший выбор.
И именно поэтому бывает проще его заменить, нежели производить тщательную зачистку системы в целом.
Собственно, именно об этом я и говорил ранее.

Тот же Ethernet может снять ряд вопросов именно к схеме соединений, и частенько позволяет просто о ней забыть, если дело касается помехоустойчивости.
Но на этом вопросы к схеме соединений обычно не заканчиваются. Есть ещё электробезопасность. И это ещё та отдельная история.

А вот нежелание обращаться сперва к схеме соединений, вместо того, что бы рассуждать о том, что лечится или нет, весьма огорчает.
В институтах совсем перестали учить, что ли?


А вот это как раз можно достаточно качественно оценить. Когда источники помех точно известны, задача несколько упрощается.

как раз наоборот, если C5 увеличить то помехоустойчавость улучшится.

Смысл гальванической развязки в том, чтобы изолировать земли и устранить помеху из-за неидеальности цепей заземления.
В случае большой коммутационной помехи по земле на левой стороне схемы из-за большого импульсного тока по земле USB кабеля, при отсутствии гальванической развязки, эта помеха будет являться помехой common mode для USB входа компьютера.
Вы же предлагаете как раз соединить по переменке землю USB кабеля на стороне устройства с землей источника помехи.

Конденсатор С5 в этой схеме обеспечивает определенную защиту от разрядов статического электричества. Занижать его емкость не следует, но и завышать тоже. В данном случае, 100-200пФ выглядят оптимально, хотя никто не мешает подобрать его экспериментально (в сторону увеличения).