Помехи atmega+vusb+реле(220В), Пропадает v-USB устройство при коммутации нагрузки Опции

[moscow]

Собственно, простая схема, взятая с сайта проекта v-usb с питанием проца (atmega8 в dip28) пятью вольтами, а уровни usb-линий занижены стабилитронами 3.6В. То есть не эта схема: http://www.obdev.at/Images/vusb/circuit-zoomed.gif , а вот эта, к примеру: http://hobbyelektronik.org/w/index.php?title=USBLotIO - два стабилитрона на землю, два резюка к ногам проца и 1к5 подтяжки к питанию на D-. Дальше на три GPIO подключена сборка ULN2003, от неё реле.

Пробовал и 5В реле с питанием от USB (одно реле), и 12В реле с внешним питанием (три реле) - эффект один. Можно как угодно долго щёлкать с компа реле, если оно ничего не коммутирует. Стоит, хотя бы, коммутировать 12В включение ещё одного реле каскадно (точно не знаю ток, но достаточно небольшой), или коммутировать 220В переменку с достаточным током (лазерный принтер... хотя подозреваю, что и на 100Вт лампочке будет то же, судя по 12В), как через случайное количество переключений устройство "отваливается". В менеджере устройств оно присутствует и достаточно его выключить / включить (программно), как можно опять несколько раз переключать реле. Конечно же, помогает и выдернуть / вставить USB, но ....

Вот версия с тремя реле и питанием реле от отдельных 12В: http://photo.milantiev.com/?dir=1438
Вот версия с одним реле 5В с питанием от USB: http://photo.milantiev.com/?dir=1480 и сегодняшние попытки уйти от помех : http://photo.milantiev.com/?dir=1531

Пробовал уйти от сбоев так:

• несомненно, на питании usb стоит электролит. Пробовал ёмкости малые и большие, не меняется решительно ничего;
• параллельно электролиту влепил 0805 керамический кондёр 0.1мкФ;
• почти на ноги проца ещё 0.1мкФ;
• по пути к ULN добавил всё тот же чип-кондёр, того же номинала;
• добавил диод на входы реле (один уже есть в uln2003, но попробовал внешний;
• попробовал добавить ещё диод поближе к реле;
• вынес реле на длинный (~20 см управляющий провод);
• плату с процом обернул в бумагу, потом в фольгу, реле вынес за "экран". Вот это единственное, что чуть помогло, теперь реле вешается не через пару переключений, а может выдержать аж с десяток (что тоже не годится).

Выглядит логичным попробовать перейти на at90usb162, который уже напаян на макетку: http://photo.milantiev.com/?dir=1439 , надеясь на большую помехозащищённость аппаратной версии реализации протокола. Но ещё не разбирался с LUFA, пока лишь воткнул в систему атмеловский драйвер и попробовал запустить FLIP.

Не суть. Есть готовое (и рабочее, если б не ....) решение на v-usb. Разобрался, как с ним работать, скорость обмена устраивает (устройство эмулирует HID, забыл сказать... вдруг это важно, общение с компом из-под винды через libusb).

Все исходники можно глянуть здесь: http://oleg.milantiev.com/material/?id=693

КАК победить эти [....бип-бип....] глюки?

[moscow]

Картинка понравилась

Про оптопару понял, применю. Плату переразведу с учётом рекомендаций разделить землю. Сорри, за банальность, танталовый кондёр на питание проца лучше ставить примерно какой ёмкости? Если я ставлю керамику 0.1мкФ в непосредственной близости от проца, туда же поставить тантал какой ёмкости?

И ещё раз спасибо за рекомендации, стало понятней что ещё можно попробовать сделать.

--------------

Понимая, что мои измышления, пока что могут сильно отличаться от реальности , как в той картинке, всё же спрошу... исключительно самообразования ради, ну и чуть в тему повышения надёжности устройства.

Проц питаем от 5В USB. Проц выдаёт логическую единицу на USB, сколько там.... 4.7В? Стандарт USB хочет 3.3В. Кстати, какую часть 11.3Мб архива Вы рекомендовали мне почитать, касательно стабилитронов?

Всё же, ну их, стабилитронов. Питаем проц 3.3В через LD1117s33, нет никаких стабилитронов вовсе. Схема, к примеру эта: http://www-user.tu-chemnitz.de/~heha/baste...B2LPT/ul-15.gif . Эта схема стабильней или разницы в стабильности в этой части нет?

Ну и пока не нашёл ответа: всё же, железный USB, к примеру на том же AT90USB162 будет работать стабильней программного v-usb на атмеге8/16 или это не решающий фактор? Нагрузка на процессор в этой задаче, кроме обработки USB нулевая: иногда включить / выключить реле.

[=AK=]

Проц питаем от 5В USB. Проц выдаёт логическую единицу на USB, сколько там.... 4.7В? Стандарт USB хочет 3.3В.

Насчет того,чего хочет стандарт - RTFM.
Логические уровни сигналов на USB - дифференциальные. Если на входе приемника сигнал на одной линии на 200 мВ больше, чем на другой - это один уровень (скажем, уровень J), а если на 200 мВ меньше, чем на другой - это противоположный уровень (скажем, уровень К). Абсолютная величина напряжений на линиях никакой особой рояли не играет, однако не должна выходить за некоторые предельно-допустимые границы, иначе погорят приемники или передатчики. Абсолютный уровень сигнала на входе приемника не должен превышать 4.6В.

Кстати, какую часть 11.3Мб архива Вы рекомендовали мне почитать, касательно стабилитронов?

Спецификация USB, раздел 7 - "электрические характеристики".

Ну и пока не нашёл ответа: всё же, железный USB, к примеру на том же AT90USB162 будет работать стабильней программного v-usb на атмеге8/16

"Железный" работает на скорости 12 Мбит, а "программный" худо-бедно сикось-накось кось-на-сикось эмулирует скорость 1.5 Мбит, которая никому, кроме мышей и клав, нынче не нужна.

[moscow]

Насчет того,чего хочет стандарт - это опять "ваши смешные фантазии" (с), RTFM.
Логические уровни сигналов на USB - дифференциальные. Если на входе приемника сигнал на одной линии на 200 мВ больше, чем на другой - это один уровень (скажем, уровень J), а если на 200 мВ меньше, чем на другой - это противоположный уровень (скажем, уровень К). Абсолютная величина напряжений на линиях никакой особой рояли не играет, однако не должна выходить за некоторые предельно-допустимые границы, иначе погорят приемники или передатчики. Абсолютный уровень сигнала на входе приемника не должен превышать 4.6В.


Спецификация USB, раздел 7 - "электрические характеристики". Если бы вы удосужились открыть архив, у вас не возникло бы этого вопроса.


"Железный" работает на скорости 12 Мбит, а "программный" худо-бедно сикось-накось кось-на-сикось эмулирует скорость 1.5 Мбит, которая никому, кроме мышей и клав, нынче не нужна.

К чему сей показательный снобизм? Вы указали мне на место в документации, за что спасибо. Архив я, естественно, открывал и, естественно, пытался найти нужный файл и нужную часть бОльшего из файлов.
Надеюсь, не нужно объяснять банальщину, что начинающий на то и начинающий, чтобы смешить Гуру и задавать вопросы, им кажущиеся нелепыми. Тут не стебаться, а помочь (или пройти мимо) лучше. Вы специалист в этой области знаний, я - в другой, но и в эту прихожу постепенно, так как она мне интересна. Вы мне помогли, за что, опять таки, спасибо. Но эмоциональный фон Вашего ответа "с душком".

Насчёт полутора мегабит. Вы же, наверняка, читали задачу, вряд ли отвечали на сообщение из соседней темы. В _этой_ задаче требуемая скорость передачи данных очень низкая, low-speed подходит. Поэтому я писал о возможном переходе на аппаратный USB-порт только в рамках задачи / темы, то есть для увеличение помехозащищённости. aaarrr чётко объяснил мне суть проблемы и дал ответ, касательно возможной эффективности замены проца на другой с встроенным USB-портом, Вы же про скорость зачем-то. Удивлён.

Мирумир, всё же . И ещё раз всем спасибо за объяснение моих ошибок.

[=AK=]

В _этой_ задаче требуемая скорость передачи данных очень низкая

Это не является достаточным основанием для использования USB LS. Основанием могло бы быть желание выжать лишние полторы копейки на девайс при ожидаемых тиражах, скажем, в 5 миллионов штук в год. Все прочее - основанием не является.

Появлению программных эмуляторов LS мы обязаны некому (чешскому, если не изменяет склероз) энтузиасту-радиолюбителю, который лет пять назад склепал соответствующий проект. По принципу, "гляньте, чуваки, какой я крутой: напрямую долбаю пинами в USB, а оно работает".

[Marian]

А как у вас с проводами УСБ (экранированные?)
Провода питания какой длины?

Заметил, что схема чешского автора (УСБ ИР приемник), повисает от внешних помех по питанию и когда проц компа сильно занят.

[moscow]

А как у вас с проводами УСБ (экранированные?)
Провода питания какой длины?

Заметил, что схема чешского автора (УСБ ИР приемник), повисает от внешних помех по питанию и когда проц компа сильно занят.

Сам провод USB-2.0 экранированный. Желательно ли дополнительно экранировать провода D+ и D-, идущие на ноги МК? Я хочу сократить их расстояние до минимума, достаточно ли это?

Подскажите плиз, верно ли мыслю, пытаясь решить задачу, см. картинку.

Всё та же атмега8 с v-usb. Изменения от первоначального варианта:

• перевёл питание проца на 3.3В, тем самым убрал стабилитроны с линий данных;
• сделал короткие и симметричные линии данных;
• кварц поближе к процу, его кондёры на другой стороне платы, минимальной длиной провода (отдельный провод) на ножку земли проца;
• добавил в схему имеющуюся в наличии оптопару 4N35. Вот только по ссылке рекомендовано использовать оптопару без вывода земли, а у этой есть. Тогда стоит базу посадить на землю? На чистую или грязную?
• вместо uln2003 использовал биполярный npn транзистор bc337 (опять таки, ориентируясь на то, что есть в наличии);

Напомню, что реле у меня 5В, питание от USB. Соответственно, помеха от реле пойдёт, как я понимаю, по двум проводам: грязному плюсу и грязной земле, которые мне нужно подключить к разъёму USB. И вот, собственно, вопрос: как, учитывая помехозащищённость, их подвести к разъёму usb-b? Возможно, нужны дополнительные элементы - барьеры из резисторов, доп. конденсаторы или иные элементы?

Быть может, для грязной земли и питания использовать второй USB-разъём, подведя их вторым кабелем от компа?
Наверное, прошу слишком многого... Интересна, конечно, не только рекомендация, но и почему выбрано такое решение.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Сергей Борщ]

перевёл питание проца на 3.3В, тем самым убрал стабилитроны с линий данных;

Зачем? Вы вывели процессор за пределы допускаемых производителем параметров. Атмел гарантирует от 3.3в работу максимум на 8 МГц, а у вас тактирование 12 МГц.

[*]кварц поближе к процу, его кондёры на другой стороне платы, минимальной длиной провода (отдельный провод) на ножку земли проца;

Грамотно. Встречный вопрос - у меги несколько входов питания, в частности два вывода землми. Вы завели землю на оба? Подали ли питание на вход AVcc, от которого запитана часть периферии, порт C и детектор просадки питания?

[*]добавил в схему имеющуюся в наличии оптопару 4N35. Вот только по ссылке рекомендовано использовать оптопару без вывода земли, а у этой есть. Тогда стоит базу посадить на землю?

Базу через резистор посадить на эмиттер оптопары. Номиналом резистора можно регулировать усиление оптопары. 100К почти не дает эффекта, 10К для вашей схемы будет оптимально. Еще вы забыли резистор с базы BC337 на грязную землю.

Напомню, что реле у меня 5В, питание от USB. Соответственно, помеха от реле пойдёт, как я понимаю, по двум проводам: грязному плюсу и грязной земле, которые мне нужно подключить к разъёму USB. И вот, собственно, вопрос: как, учитывая помехозащищённость, их подвести к разъёму usb-b? Возможно, нужны дополнительные элементы - барьеры из резисторов, доп. конденсаторы или иные элементы?

Я бы на разъеме USB повесил 0.1 мкФ керамику между ногами земли и питания, далее ферритовая бусинка, затем электролит (не знаю тип реле, но емкость надо взять побольше чем 4.7мкФ), от этой точки ушло питание на реле. От плюса разъема еще одна бусинка, 4.7мкф и 0.1мкФ на землю и сюда подключить питание процессора. "Грязную землю" я бы соединил с "чистой" на минусовом выводе большого электролита. Необходимость оптрона для меня сомнительна.

Еще один немаловажный момент - куда у вас подключен корпус разъема USB? Если вы его просто посадили на землю - экран не работает. Корпус надо сажать на землю через конденсатор (0.1мкФ достаточно) и парралельный ему резистор ~1МОм.

[moscow]

Нет. У вас сбои происходят вовсе не от того, что данные в USB портятся.

Всё никак не дойдут руки попросить atmega мигать светодиодом раз в секунду, чтобы понять проц виснет или нет.

Это полезно, но недостаточно, т.е. само по себе проблему не решит.

Я ошибся, неверно написал. Имел в виду то, что Вы написали в итоге. То есть "полезно ли это". Спасибо за ответ.

Оптрон мало что даст из-за того, что земля и питание остались общими. Но раз уж решили его применить, то включайте его правильно.

Вот именно. Я раньше написал (сообщение #5) своё сомнение, поможет ли оптопара. С точки зрения защиты от пробоя реле, вероятно будет полезен, но для подавления ЭМ помехи ... впрочем, я ещё не специалист.

Обмотку реле надо шунтировать обратно включенным диодом, иначе в момент выключения реле она сама будет источником помехи.

Ой, забыл диод, конечно. Просто привык, что в ULN2003 он есть, спасибо за поправку.
Диод желательно ставить поближе к реле или не имеет значения?

Пусть висит в воздухе. В любом случае просто заземлять вывод базы нельзя, оптрон не будет работать.

Точно, транзистор же просто не откроется.

Напрямую, но в мимо процессора (в обход).

Понял.

На самом деле проблема гораздо серьезнее, чем кажется. Отвал USB наблюдается даже на идеально сделанных многослойных платах, причем даже при применении полной гальванической изоляции USB устройства от процессора. Причем и питание и схема собраны так, что никаких петель по землям нет.

Причем возникает не просто сбой, а полный отвал драйвера (вплоть до синего экрана), так, что восстановить можно только переткнув разъем, при этом драйвер выгружается и снова загружается. Чаще всего это наблюдается с устройства типа переходников USB-COM, но не только. Аналогичная ситуация (полный улет на уровне драйвере ОС компа) наблюдаются на всех USB устройствах вплоть до честных USB2.

Причем вероятность улета сильно зависит от используемого драйвера, но наблюдается на всех драйверах.

Возникает ощущение, что если в сигнале в определенный момент времени пролетает помеха (а полностью это теоретически неустранимо), то улетает какая-то системная часть (микрософтовская прослойка) драйвера, т.е. в каком-то месте не контролируется ошибка и система может улететь вплоть до синего экрана.

Подобное возникает на громадном количестве самых разных USB устройств, поэтому наличие ошибки именно в микрософтовском куске драйвера весьма вероятно.

У меня почти все схемотехенические решения применяются в любительской обсерватории с удалённым управлением.. увлекаюсь астрономией. Там куча USB-устройств, в том числе несколько USB-COM переходников. К тому же приходится коммутировать киловатный двигатель привода крыши обсерватории, взаимно коммутировать питание двух компов, освещение. Сейчас стоит COM-max232-atmega-uln2003-реле(12В) на ком-порту материнки, проблем нет.
Заметил, что PL2303 не выдерживает никакой критики, а вот FT232 работает очень хорошо. Коммутации несколько раз в день (мало), но уже почти год проблем с ftdi жуком нет вовсе. А вот с pl2303 и синий экран видел, и пропадание устройства. Причём обсерватория в 130 км от дома, выдирать шнурок и ставить его обратно просто некому, поэтому переход на ft был просто праздником, не нужно было выключать / включать один из компов по паре раз за ночь.

Зачем? Вы вывели процессор за пределы допускаемых производителем параметров. Атмел гарантирует от 3.3в работу максимум на 8 МГц, а у вас тактирование 12 МГц.

Тоже верно, верну как было с питанием от +5.

Грамотно. Встречный вопрос - у меги несколько входов питания, в частности два вывода землми. Вы завели землю на оба? Подали ли питание на вход AVcc, от которого запитана часть периферии, порт C и детектор просадки питания?
Базу через резистор посадить на эмиттер оптопары. Номиналом резистора можно регулировать усиление оптопары. 100К почти не дает эффекта, 10К для вашей схемы будет оптимально. Еще вы забыли резистор с базы BC337 на грязную землю.

Я бы на разъеме USB повесил 0.1 мкФ керамику между ногами земли и питания, далее ферритовая бусинка, затем электролит (не знаю тип реле, но емкость надо взять побольше чем 4.7мкФ), от этой точки ушло питание на реле. От плюса разъема еще одна бусинка, 4.7мкф и 0.1мкФ на землю и сюда подключить питание процессора. "Грязную землю" я бы соединил с "чистой" на минусовом выводе большого электролита. Необходимость оптрона для меня сомнительна.

Еще один немаловажный момент - куда у вас подключен корпус разъема USB? Если вы его просто посадили на землю - экран не работает. Корпус надо сажать на землю через конденсатор (0.1мкФ достаточно) и парралельный ему резистор ~1МОм.

Понял. Учту. На днях "доложу" . Надо только феритовые кольца где-нибудь отсыскать. У меня есть сломанный компьютерный БП - там может быть? Если нет, схожу в магазин, не проблема.

[Сергей Борщ]

Надо только феритовые кольца где-нибудь отсыскать.

Не кольца, а бусинки (ferrite beads). Их можно надергать с любой дохлой компьютерной платы - выглядят как smd конденсаторы, но черного цвета, промаркированы (если на плате есть шелкография) как FBx или Lx (реже), звонятся накоротко:
http://www.vishay.com/inductors/multilayer-ferrite-beads/

[=AK=]

Не кольца, а бусинки (ferrite beads).

Они помогают уменьшить излучаемые помехи, однако для защиты от внешних помех польза от них довольно сомнительна.

[Сергей Борщ]

однако для защиты от внешних помех польза от них довольно сомнительна.

Их сопротивление растет с частотой. От миллиом на постоянном токе до десятков-сотен ом на сотне мегагерц. Эти омы с емкостями блокировочных конденсаторов образуют фильтры от тех самых поминаемых вами наносекундных (и микросекундных) помех. Murata со мной согласна:

[=AK=]

Их сопротивление растет с частотой. От миллиом на постоянном токе до десятков-сотен ом на сотне мегагерц. Эти омы с емкостями блокировочных конденсаторов образуют фильтры

Однако внутреннее сопротивление блокировочных конденсаторов тоже растет с частотой, поэтому эти "фильтры" получаются довольно липовые.

Бусина, вставленная примерно в середину длинного провода, разбивает этот провод (который является излучающей антенной, настроенной на определенную длину волны, пропорциональную длине провода) на два куска, т.е. на две более высокочастотные антенны. Поскольку мощность источника помех худо-бедно падает с ростом частоты, а маленькие антенны намного менее эффективны, чем большие, то получившаяся в результате введения бусин "переделка" паразитных антенн эффективно уменьшает излучаемые помехи. Вдобавок к этому бусины вносят существенные потери в паразитные антенны, поскольку сделаны из намеренно паршивых ферритов, так что бусины более эффективны, чем просто индуктивности.

от тех самых поминаемых вами наносекундных (и микросекундных) помех. Murata со мной согласна:

Что-то не вижу, чтобы Мюрата была с вами согласна и рекомендовала бы их для защиты от внешних помех. В приведенной вами картинке вполне очевидным источником помех является драйвер USB/IEEE1394, поэтому он со всех сторон обвешан фильтрами. Кстати, обратите внимание, что Мюрата применила проходной кондер после бусины.

И я вполне понимаю, почему не вижу таких рекомендаций от Мюраты. Ведь если в цепь с источником, имеющим напряжение 1000 В и внутреннее сопротивление 50 Ом, добавить ферритовую бусину (или даже просто резистор) с сопротивлением, скажем, 100 Ом, то величина тока в этой цепи практически не изменится, поскольку в основном совсем будет определяться другими цепями.

Я почему-то думал, что столкнулся с достаточно простой (ввиду распространённости) проблемой

У вас в логике изъян: если бы эта проблема была очень простой, она бы не была столь распространенной.

[Сергей Борщ]

Что-то не вижу, чтобы Мюрата была с вами согласна и рекомендовала бы их для защиты от внешних помех.

Разве есть разница, в какую сторону помеха движется по проводу? На картинке написано "Suppres noise". Noise, а не EMI. Я не спорю, что для борьбы с EMI эти бусинки также полезны. Но объясните, пожалуйста, такой факт (просто интересно, хочу разобраться для себя): на попадавшихся мне материнках эти бусины устанавливаются около разъемов и/или потребителей, но никак не посередине дорожек. Как-то это не очень стыкуется с вашим объяснением о разбивании длинной антенны на две короткие.

[=AK=]

Разве есть разница, в какую сторону помеха движется по проводу?

Еще раз повторяю: слева от бусины - проходной кондер, справа - обыкновенный, т.е. такой, у которого внутреннее сопротивление на высоких частотах велико. Поэтому ВЧ помеха, распространяющаяся слева направо ослабляется мало, а справа налево - сильно. Очевидная, казалось бы, деталь...

На картинке написано "Suppres noise". Noise, а не EMI.

Дык, "EMC" там тоже не видать... А "noise" - понятие общее, оно в себя все включает.

на попадавшихся мне материнках эти бусины устанавливаются около разъемов и/или потребителей, но никак не посередине дорожек. Как-то это не очень стыкуется с вашим объяснением о разбивании длинной антенны на две короткие.

Антенну образуют не одни только дорожки на плате.

Провод, подключенный через разъем, является продолжением печатной дорожки. Так что бусина у разъема разбивает антенну на две части, одна - проводник на плате, другая - провод. А то, что не посередине - что ж поделать, как смогли, так и разбили.

Кстати, "посередине" - это я для упрощения написал. Интуитивно понятно, что оптимальная точка вставки бусинки находится ближе к источнику помехи.

будет ли иметь смысл отдельным USB разъёмом+кабелем до того же компа подать питание / землю реле?

Имеет смысл подать питание для реле от отдельного внешнего источника. И тогда уж, ессно, применить оптрон для полной гальванической развязки. После этого часть схемы из реле и внешнего источника образуют "грязную часть", компьютер+атмега образуют чистую, а оптрон будет служить барьером.

[Сергей Борщ]

Очевидная, казалось бы, деталь...

Кому - как Теперь понял.

Кстати, "посередине" - это я для упрощения написал. Интуитивно понятно, что оптимальная точка вставки бусинки находится ближе к источнику помехи.

То есть помеха таки приходит из провода в разъем?