Проседает USB BUS, Нужен совет Опции

[Kiwi]

До настоящего времени устройство работало с внешнего блока питания и особых проблем не возникало. Теперь надо питаться от USB и возникли проблемы. Упрощенная схема прилагается - на USB шине висят 4 драйвера для инфракрасных излучателей, кажый поглощает примерно ток в 400 мА, длина импульса рорядка пол миллисекунды. На на этой же шине висит аналоговая часть которая начинает неадекватно работать при просадке 5V, просадка доходит до 1V. В аналоговой части тоже висят кондеры поменьше в 10 UF они не показаны. Прбовал вместо ферритового бида ставить резистор 33R, величина пульсацией падает , но и напряжение VBUS садиться где-то 4,5В это неприемлимо. Вопрос - как аналоговую часть лучше изолировать от пульсаций.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Oldring]

До настоящего времени устройство работало с внешнего блока питания и особых проблем не возникало. Теперь надо питаться от USB и возникли проблемы. Упрощенная схема прилагается - на USB шине висят 4 драйвера для инфракрасных излучателей, кажый поглощает примерно ток в 400 мА, длина импульса рорядка пол миллисекунды. На на этой же шине висит аналоговая часть которая начинает неадекватно работать при просадке 5V, просадка доходит до 1V. В аналоговой части тоже висят кондеры поменьше в 10 UF они не показаны. Прбовал вместо ферритового бида ставить резистор 33R, величина пульсацией падает , но и напряжение VBUS садиться где-то 4,5В это неприемлимо. Вопрос - как аналоговую часть лучше изолировать от пульсаций.

Так подключать нельзя. Разработчик USB устройства должен гарантировать, что ток не превышает 100 мА до конфигурирования устройства или 500 мА после конфугурирования. Если устройству разрешат отобрать такой ток с шины. Ну и есть серьезные ограничения на емкость, втыкаемую в шину.

Если Ваша схема работает короткими пачками импульсов - заряжайте конденсаторы через резистор 100 Ом. При этом Вы должны убедиться, что энергии, запасенной в конденсаторах, достаточно для всей посылки, и время между посылками достатоно для перезарядки емкостей.

[Tornado-Alex]

А каков ток потребления аналоговой части?

[Oldring]

И, кстати, почему утверждается, что импульс тока 0.4 A, а не 1 A?

[Slonic]

Помимо превышения допустимого тока шины, о котором уже упомянули выше (выход один - заряжать конденсаторы необходимой емкости), зедсь еще не сказали об общей проблеме "компьютерного" питания. Так вот просто, никакая аналоговая схема нормально работать не будет, и "бусина" на питании вопрос не решит, т.к. на шине +5В существуют значительные медленные провалы (порядка 0.2В и до мс длиной), они зависят от конкретного компьютера и от режима его работы (включился HDD, интенсивные вычисления, спящий режим и т.д.). Возьмите осциллограф, поставьте где-нибудь 0.1В на клетку и посмотрите на это питание! Для меня это стало большим удивлением )

Так что аналоговую часть нужно серьезно развязывать по питанию. Самое простое - поставить LDO, чтобы снизить его, к примеру, на полвольта, но получить в итоге более-менее стабильное напряжение.

[Baxt]

До настоящего времени устройство работало с внешнего блока питания и особых проблем не возникало. Теперь надо питаться от USB и возникли проблемы. Упрощенная схема прилагается - на USB шине висят 4 драйвера для инфракрасных излучателей, кажый поглощает примерно ток в 400 мА, длина импульса рорядка пол миллисекунды. На на этой же шине висит аналоговая часть которая начинает неадекватно работать при просадке 5V, просадка доходит до 1V. В аналоговой части тоже висят кондеры поменьше в 10 UF они не показаны. Прбовал вместо ферритового бида ставить резистор 33R, величина пульсацией падает , но и напряжение VBUS садиться где-то 4,5В это неприемлимо. Вопрос - как аналоговую часть лучше изолировать от пульсаций.

Отвяжите питание аналоговой части шотткой и собственным кондером (емкость побольше). Тогда просадки не будут на нее действовать.

[Kiwi]

А каков ток потребления аналоговой части?

Ток потребления аналоговой части примерно 20 мА.

Если Ваша схема работает короткими пачками импульсов - заряжайте конденсаторы через резистор 100 Ом. При этом Вы должны убедиться, что энергии, запасенной в конденсаторах, достаточно для всей посылки, и время между посылками достатоно для перезарядки емкостей.

Cкважность между импульсами примерно 10 мс. Я уже добавил конденсаторы большей емкости в аналогувую часть - это немного улучшило ситуацию. Также думаю заменить все кондеры большой емкости с как можно меньшим ESR. А резистор в 100 Ом между землей и конденсатором??

И, кстати, почему утверждается, что импульс тока 0.4 A, а не 1 A?

Согласно напряжению падающем на 2R4 резисторе. Ток в 400 мА это предельный случай.

Отвяжите питание аналоговой части шотткой и собственным кондером (емкость побольше). Тогда просадки не будут на нее действовать.

Спасибо, это случай попробую.

Поможет ли pnp транзистор в данной ситуации ??

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Baxt]

Поможет ли pnp транзистор в данной ситуации ??

Нет. Это ничего не даст. При просадке напряжение будет определяться емкостью в коллекторе. Лучше поставить диод шоттки и рассчитать емкость по допустимым пульсациям при токе 20 ма. Небольшое снижение из-за диода не должно повлиять на работу (выбрать диод с минимальным падением).
А какой тип D4? при такой схеме ток должен зависеть от амплитуды импульса на входе.

[vvvvv]

Проблему нужно решать комплексно...
Спецификация USB гарантирует 4.5V на шине питания и 500ma тока,
поэтому рассчитывать на 5V не придется.
Кроме того на 5V должен стоять конденсатор НЕ БОЛЕЕ 10uF, иначе при подключении устройства ток заряда может превысить порог 100ma и хост отрубит Ваше устройство.

Вот примерное решение Вашей проблемы, на мой взгляд:
1. На входе всей вашей схемы нужно поставить конденсатор 10uF, затем ограничитель тока, можно на транзисторе сваять, можно готовый ключ взять, ниже смотрите модель от Ti.
2. Для питания аналоговой части ставим диод, любой на 1A, чтобы у нас гарантированно
было напряжение меньше 5V, а затем Boost конвертер на 5V. В таком варианте никакие просадки
не испортят Вам жизнь.
3. Силовую часть можно посадить сразу после токового ключа, до или после диода, как хотите.

Обвязка на Boost три конденсатора, три резистора и индуктивность,
площадь на плате для Boost примерно 1.5кв. см, ключ с ограничением по току корпус SOIC8.
Микросхемы от TI:
Boost :
TPS61092 : вх. 1.8...5.5 вых. 5V до 500ma

Токовый ключ:
TPS2041B : 1кл. на 500ma
TPS2052B : сдвоенный кл. на 500ma

Необязательно использовать микросхемы от Ti, аналогичные есть в Maxim, National и др...