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?

[r_dot]

...напаян на макетку: http://photo.milantiev.com/?dir=1439

То, что вы пытаетесь заставить работать без сбоев тоже на такой же макетке?
Делайте нормальную ПП. Многослойку 4 слоя. GND - сплошной. Линии USB - по спецификации, 90 Ом симметричная линия. Керамика и тантал по питанию, не дальше 2 мм от ножек. Силовую часть отсеките контуром корпуса, а лучше - гальванически развязать. Реле в этом смысле не очень "развязано" - большая паразитная проходная ёмкость.

[domowoj]

Конечно гальванически развязать!

[=AK=]

уровни usb-линий занижены стабилитронами 3.6В.

Вы неправильно понимаете, зачем там стоят стабилитроны. Они нужны для защиты от повреждения проца в момент втыкания-вытыкания USB разъема.

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".

Почитайте статью "Помехоустойчивые устройства". Судя по описанию, у вас типичный случай сбоя от наносекундных помех в земле.

Пробовал уйти от сбоев так:
[list]
[*]несомненно, на питании usb стоит электролит. Пробовал ёмкости малые и большие, не меняется решительно ничего;
....

И не изменится, можете не тратить время на пустое. Вам следует обдумать, каким путем проходит помеха по земле вашего устройства, по результатам обдумывания перекомпоновать все устройство, разделив земли на "чистую" и "грязную", добавить в схему помеховые барьеры и переразвести устройство.

Но вообще-то вынужден вас заранее огорчить: сам факт использования USB изначально делает ваше устройство непомехоустойчивым. И причина не в канале связи, а в том, что ваше устройство соединено с заземленным компьютером длинным земляным проводом (т.е. USB кабелем).

[moscow]

Спасибо за подробные ответы. Статью по ссылке обязательно изучу.
Насчёт 4х слойных плат - неужто возьмутся делать единичный экземпляр за подъемные деньги в разумные сроки (Москва)?

Про опторазвязку сам подумал, не успел вчера опробовать... Поставить её между процом и ключами? Но поможет ли она от помех по земле?

Подскажите плиз, как грамотно отделить грязную от чистой земли, как их грамотно соединить. Если этот вопрос освещён по ссылке, то не нужно, сам прочту.
То есть, веду я ножку проца на вход оптопары, вторым концом на общую землю USB. Выход на, получается то же питание USB, реле и ту же землю Чем поможет оптопара?

Про стабилитроны... а как же по схеме1 v-usb при переводе питания проца на 3.3 стабилитронами или 1117 3.3 "кренкой"? Тогда стабилитроны на D-, D+ не ставят. Я как раз думал для соблюдения стандартна USB 3.3В по линиям данных они стоят. Впрочем, не суть. Есть ещё мысль перевести питание проца на 3.3, но не думаю, что это улучшит ситуацию, не вижу на то предпосылок.

Всё описано по ссылке, читаю.
Ещё раз огромное спасибо.

[=AK=]

Чем поможет оптопара?

Оптопара позволяет разделить земли. При этом оптопара имеет малую проходную емкость (типично 0.5 пФ), поэтому через проходную емкость оптопары наносекундная помеха почти не проходит из одной земли в другую.

Про стабилитроны... а как же по схеме1 v-usb при переводе питания проца на 3.3 стабилитронами или 1117 3.3 "кренкой"? Тогда стабилитроны на D-, D+ не ставят. Я как раз думал для соблюдения стандартна USB 3.3В по линиям данных они стоят.

Вы совсем невнятное что-то говорите, не имеющее отношения к действительности. Что-то вроде картины Гойи "сон разума рождает чудовищ"

В той схеме, на которую вы ссылаетесь, стабилитроны 3.6В стоят на линиях данных USB. В рабочем режиме сигнал на этих линиях никогда не может вызвать открывание данных стабилитронов. Прочитайте спецификацию USB. Эти стабилитроны являются "защитой от пробоя", в рабочем режиме они не работают.

[Corvus]

В той схеме, на которую вы ссылаетесь, стабилитроны 3.6В стоят на линиях данных USB. В рабочем режиме сигнал на этих линиях никогда не может вызвать открывание данных стабилитронов. Прочитайте спецификацию USB. Эти стабилитроны являются "защитой от пробоя", в рабочем режиме они не работают.

Судя по всему, тут возникла какая-то путаница. Если я правильно понял, то у топикстартера МК запитан от 5 В, а не от 3,3, так при 3,3В МК не сможет работать на нобходимой частоте (а в первом сообщение приведена совсем другая схема, где МК питается от 3,6В, за счёт падения на диодах). Соответственно, для выходных пинов МК уровень лог. единицы 5 В. Поэтому там и стоят стабилитроны на 3,3.

А Гойя хорош, да

[Dog Pawlowa]

Только факты:
1) Делали систему с управлением 5 кВт мощности через USB на банальных FTDI с оптоизоляцией по RX и TX. Проблем не было.
2) Убил материнку после падения земли осциллографа на мощное питание 40 В при подключенном отладчике.

Вывод: все цепи, подключенные к USB, должны быть локализованы и оптоизолированы.

[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.

[aaarrr]

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.

В данном случае не решающий. На вашей макетке, насколько я вижу, крайне неудачно разведена земля. Поэтому ожидать самопроизвольного решения проблемы при замене МК не стоит.

[moscow]

Только факты:
1) Делали систему с управлением 5 кВт мощности через USB на банальных FTDI с оптоизоляцией по RX и TX. Проблем не было.
2) Убил материнку после падения земли осциллографа на мощное питание 40 В при подключенном отладчике.

Вывод: все цепи, подключенные к USB, должны быть локализованы и оптоизолированы.

Как раз с "банальными" FT232RL мне кажется, глюков будет в разы меньше. Но это мои несмышлённые размышления , основанные на том, что мне просто _кажется_, что железная реализация протокола работает правильней и надёжней. Поэтому, в перспективе хочу в своих разработках уйти от v-usb в пользу at90usb, cy7c68013a, но в данный момент было интересно заставить работать именно эту готовую плату.

В данном случае не решающий. На вашей макетке, насколько я вижу, крайне неудачно разведена земля. Поэтому ожидать самопроизвольного решения проблемы при замене МК не стоит.

Ага, однажды сказанное теперь для меня стало очевидным.
Кстати, если всё же не переделывать с нуля, как можно оптимизировать разводку земли на этой плате, к примеру?
http://photo.milantiev.com/big.php?file=1438-2&max=3 (она же сверху: http://photo.milantiev.com/?dir=1438 ). Вы же говорите про эту плату?
Земля - это средний контакт трёхпинового верхнего-левого разъёма. Соединена с USB разъёмом, оттуда на проц, оттуда на ULN.

Я верно понимаю, что у ULN земля должна быть отделена от земли проца и соединена небольшой перемычкой? Или же резистором?

Мне это нужно больше для понимания проектирования будущих устройств, нежели для переделки этого.

... Стоит ли поставить доп. шунтирующее сопротивление между выходом МК и входом ULN?

Сообщение отредактировал moscow - Jun 9 2011, 10:39

[=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.

[aaarrr]

Как раз с "банальными" FT232RL мне кажется, глюков будет в разы меньше. Но это мои несмышлённые размышления , основанные на том, что мне просто _кажется_, что железная реализация протокола работает правильней и надёжней.

Конечно, железная реализация лучше просто потому, что удовлетворяет всем требованиям спецификации.

Я верно понимаю, что у ULN земля должна быть отделена от земли проца и соединена небольшой перемычкой? Или же резистором?

Сейчас земля идет насквозь ULN2003->GND процессора->конденсаторы кварца->разъем - это очень нехорошо, т.к. путь помехи пролегает через чувствительные к ней элементы.
"Грязные" земли должны идти отдельно. Резисторов ставить не нужно, надо просто объединить их у разъема питания.

[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.

[ks007]

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 ....

Подскажите, я управляю реле микроконтроллером (AT90USB82), реле коммутируют 600 В, а токи очень маленькие 0,6 мкА, земля общая, минимальное расстояние между расстояние проводящими дорожками 3 мм(читал из ГОСТа).
Будут ли помехи? И что вообще будет происходить?