Заземление Ethernet и USB противоречат друг другу, Вопрос внутри Опции

[Victor®]

Приветствую всех.
Вот задумался над такой проблемой...
1) Обычно корпус RJ-45 Ethernet коннектора
соединяют с землей на плате через высоковольтный конденсатор 1-2 nF и паралельно ему резистор
порядка 1 MOhm.

2) Обычно корпус USB коннектора соединяют с землей на плате через дроссель (ferrite bead)

Мне кажется, что это абсолютно разные и взаимоисключающие подходы. Объясните на пальцах, почему так?

И как правильно делать если на плате есть и Ethernet и USB?

-- Желаю успехов!

[Ant_m]

Если корпус металлический, то правильнее всего будет посадить землю Ethernet на корпус прибора (и заземление). А USB изолировать от металлического корпуса - у него своя земля - платы.
Эти интерфейсы имеют разное применение с точки зрения электробезопасности:
USB на 15м, нет гальваноразвязки. Отсутствие гальваноразвязки и короткие расстояния подразумевает что потенциал между землями 2-х устройств близки к 0.

Ethernet допускает 150м, при таких расстояниях земли у 2-х устройств могут иметь разный потенциал, со всеми вытекающим последствиями. Поэтому гальваноразвязка обязательна. Заземление тоже, потому что, неизвестно что прилетит по кабелю 150м, протянутому черт знает где и как.

В телекоме, например, специально выделено 2 земли:
LOGIC - сигнальная земля, относительно которой передаются сигналы.
SHELF - стоечная земля, корпусная, именно она и заземляется.

Ну так вот: USB должен висеть на LOGIC, а Ethernet, гальваноразвязанной частью, на SHELF земле.

[Victor®]

Если корпус металлический, то правильнее всего будет посадить землю Ethernet на корпус прибора (и заземление). А USB изолировать от металлического корпуса - у него своя земля - платы.
Эти интерфейсы имеют разное применение с точки зрения электробезопасности:
USB на 15м, нет гальваноразвязки. Отсутствие гальваноразвязки и короткие расстояния подразумевает что потенциал между землями 2-х устройств близки к 0.

Ethernet допускает 150м, при таких расстояниях земли у 2-х устройств могут иметь разный потенциал, со всеми вытекающим последствиями. Поэтому гальваноразвязка обязательна. Заземление тоже, потому что, неизвестно что прилетит по кабелю 150м, протянутому черт знает где и как.

В телекоме, например, специально выделено 2 земли:
LOGIC - сигнальная земля, относительно которой передаются сигналы.
SHELF - стоечная земля, корпусная, именно она и заземляется.

Ну так вот: USB должен висеть на LOGIC, а Ethernet, гальваноразвязанной частью, на SHELF земле.

Абсолютно согласен.
Аппаратура телекомовская, 220 нет и в помине.
Вот только проблема как этот коннектор заизолировать от корпуса.
Они как назло, все с железякой.

[MaxPIC]

Насколько я всегда себе представлял, ситуация сводится к следующему:
1. Ethernet - необходимо ставить конденсатор и резистор, номиналом примерно в волновое сопротивление высокочастотных проводов кабеля. Есть рекомендации, то ли в Говарде Джонсе, то ли у Генри Отта, не помню точно, что при передаче высокочастотного сигнала по экранированному кабелю необходимо выполнять заземление по переменному току с двух сторон. В случае большой длины кабеля, во избежание постоянных токов по экрану при разности потенциалов земель приборов (а она также регламентирована, по-моему, даже в ПУЭ), необходимо использовать конденсатор, являющийся шунтом для переменного тока.
Теперь, что касается резистора в 1 МОм, его ставят для стекания статического заряда с экрана кабеля, что особенно важно при изгибе кабеля, так как происходит процесс трения между экраном и внешним диэлектриком.
По поводу соединения корпуса разъёма Ethernet с корпусом прибора - не знаю, но скорее всего лучше обеспечить изоляцию.
2. USB - земли устройств объединены внутри самого кабеля и посредством экрана. Но, во-первых, экран выполняет роль защитную. При соединении устройств происходит выравнивание потенциалов земель. Процесс выравнивания должен происходить до того, как соединятся питание и сигнальная земля внутри кабеля. Во избежание броска тока, создающего помехи и способного привести к выходу их строя оборудования (бросок тока же пройдёт не только по корпусу на землю, но и по земле печатной платы), ставят токоограничивающий элемент - индуктивность, она же ферритовая бусинка, которая по постоянному току является всего лишь низкоомным резистором. Вторая функция бусинки - подавление высокочастотных токов, возникающих при работе устройства, которые могли бы течь по экрану.
Корпус USB разъёма должен быть соединён с корпусом устройства, который должен быть заземлён.

В итоге: для Etherne: резистор + конденсатор и параллельно высокомный резистор и отсутствие соединения с корпусом
для USB: ферритовая бусинка и соединение с корпусом
Заметьте, в случае, если Вы соедините корпуса Ethernet и USB, у Вас получится контур с резонансом токов, но с крайне низкой добротностью по причине наличия последовательного резистора с конденсатором.

[ViKo]

Во избежание броска тока, создающего помехи и способного привести к выходу их строя оборудования (бросок тока же пройдёт не только по корпусу на землю, но и по земле печатной платы), ставят токоограничивающий элемент - индуктивность, она же ферритовая бусинка, которая по постоянному току является всего лишь низкоомным резистором. Вторая функция бусинки - подавление высокочастотных токов, возникающих при работе устройства, которые могли бы течь по экрану.

Да какая там индуктивность - мелочь. Ограничивать скорость тока существенно не сможет. Вот второе - это правильно.

2 Victor®
По-моему, вы совершите ошибку, если изолируете корпус USB или корпус RJ45 от корпуса изделия.
Посмотрите вокруг - все стараются соединить земли, а не разъединить. Это неспроста.
P.S. обычно всё уже украдено разработано до нас - посмотрите на аналогичные изделия.

[MaxPIC]

Да какая там индуктивность - мелочь. Ограничивать скорость тока существенно не сможет. Вот второе - это правильно.

В AppNote'е от Micrel (http://www.micrel.com/_PDF/App-Notes/an-17.pdf) написано:
Ferrite beads are recommended in series with all power and ground connector pins.
Ferrite beads reduce EMI and limit the inrush current during hotattachment by attenuating high-frequency signals while dc current passes freely.
То есть не только для уменьшения EMI, но и от бросков пускового тока при подключении.

Упущен один принципиальный момент - как организовано заземление экрана кабеля? Если кабель имеет самостоятельное заземление, независимое от подключаемого устройства - то ни каких возражений нет. Если же для этого используется заземление подключаемого устройства (которого может и не быть), то легко можете получить ситуацию, которую я описал выше...

Честно говоря, не совсем понял, что Вы имеете в виду. Экран кабеля, предназначенного для передачи высокочастотных сигналов, должен быть по переменной составляющей заземлён с двух сторон. По поводу заземлений вообще - всё зависит от типа подключаемого оборудования. Например, в соответствии со стандартами электробезопасности, существует два класса устройств. Для устройств 1-ого класса наличие заземления ОБЯЗАТЕЛЬНО, для устройств 2-ог класса - НЕТ. Если Вы подключите экран кабеля напрямую от устройства, выполненного по 1-ому классу электробезопасности к устройству, выполненному по 2-ому классу, то Вы нарушите стандарт (незащищенная двойной или усиленной изоляцией земляная цепь придёт в устройство) и снизите класс устройства до 1-ого. Такое делать запрещено. Не знаю как в телекоме, но предполагаю, что там устройства изготавливаются по 1-ому классу, поэтому заземление должно быть ОБЯЗАТЕЛЬНО.

Все это работает, только при одном условии - подключаемое USB-устройство гарантированно не имеет каких-либо других электрических подключений, или гальванически развязано от них. О чем также писал. Иначе вместо выравнивания потенциалов при включении, можете получить выгорание одного из соединяемых устройств, либо обоих сразу.

Не совсем с Вами согласен по описанным выше причинам. Устройства выполненные по 1-ому классу, все имеют заземление и проблем здесь быть не должно. То что Вы писали о применении в силовых приложениях, там надо смотреть отдельно величину токов утечки, сопротивление заземления, сечение земляного провода по отношению к сечению питающих проводов и прочее. Несоблюдение хотя бы одного из этих норм автоматически приведёт к повышенной или 100% вероятности выхода устройства из строя.