¿Cómo conectar el escudo del conector USB?

Para que el blindaje sea eficaz, se requiere una conexión de impedancia lo más baja posible a la tierra del blindaje. Creo que recomiendan resistencias, o no las conectan a tierra en absoluto, o hablan estrictamente de su tierra lógica digital, y supongan que tiene una tierra de protección separada. Si tiene una caja de metal, esta será su conexión a tierra. En algún momento, su tierra digital debe conectarse a su tierra de protección. Por razones de EMI, este único punto debe estar cerca de su área de E/S. Esto significa que es mejor colocar su conector USB con cualquier otro conector de E/S alrededor de una sección de la placa y ubicar su escudo en el punto de tierra lógico en esa ubicación. Hay algunas excepciones a la regla de un solo punto, si tiene una carcasa de metal sólido sin aberturas, por ejemplo, varios puntos de conexión pueden ser útiles. En todo caso, en la conexión a tierra del blindaje, algunos pueden recomendar el uso de una resistencia o un condensador (o ambos), pero rara vez hay una razón razonable para hacerlo. Desea una conexión de baja inductancia entre los dos para proporcionar una ruta para el ruido de modo común. ¿Por qué desviar el ruido a través de la capacitancia parásita (por ejemplo, irradiarlo hacia el medio ambiente)? La única razón que generalmente se da para tales tácticas es evitar bucles de tierra, pero está hablando de USB, lo más probable es que los bucles de tierra no sean un problema para la mayoría de las aplicaciones USB. Por supuesto, tales tácticas evitarán los bucles de tierra, pero también harán que su protección sea casi ineficaz. ¿Por qué desviar el ruido a través de la capacitancia parásita (por ejemplo, irradiarlo hacia el medio ambiente)? La única razón que generalmente se da para tales tácticas es evitar bucles de tierra, pero está hablando de USB, lo más probable es que los bucles de tierra no sean un problema para la mayoría de las aplicaciones USB. Por supuesto, tales tácticas evitarán los bucles de tierra, pero también harán que su protección sea casi ineficaz. ¿Por qué desviar el ruido a través de la capacitancia parásita (por ejemplo, irradiarlo hacia el medio ambiente)? La única razón que generalmente se da para tales tácticas es evitar bucles de tierra, pero está hablando de USB, lo más probable es que los bucles de tierra no sean un problema para la mayoría de las aplicaciones USB. Por supuesto, tales tácticas evitarán los bucles de tierra, pero también harán que su protección sea casi ineficaz.

Herny Ott analiza esto en su libro, "Ingeniería de compatibilidad electromagnética". Necesitas mirarlo desde el panorama general. IE, ¿qué está haciendo el escudo?

Para señales de baja frecuencia, el blindaje se usa para proteger la señal que se transfiere. Desea evitar que las señales de radio AM/FM/línea eléctrica se acoplen a su señal porque interferirán con las operaciones normales. Por lo tanto, no debe atar la GND en ambos extremos. Los bucles de tierra harán que pequeños ruidos se acoplen a su señal, por lo tanto, el bucle de tierra debe interrumpirse. Esto no quiere decir que dejes el escudo colgado. Debe atar el blindaje del cable a su caja y, si es necesario (como en el caso del coaxial), puede atar la tierra de su circuito a este mismo punto. Desea utilizar la puesta a tierra de un solo punto tanto como sea posible para baja frecuencia por las razones anteriores.

Sin embargo, para señales de alta frecuencia, ocurre lo contrario. Suelen ser señales digitales a muy altas frecuencias. Incluso si se acoplara algo de ruido, la naturaleza digital de la electrónica, así como el filtrado, deberían mantener fácilmente las operaciones normales. Desea reducir las emisiones de las señales de datos, NO protegerlas de la radiación. Por esta razón, la ruta de impedancia más baja debe conectarse al blindaje en AMBOS extremos. Sí, habrá bucles de tierra y el ruido se acoplará, pero no importará. En el caso de alta frecuencia, se prefiere tierra multipunto.

Verifique si el fabricante de su chip USB especifica qué debe usar. Estoy bastante seguro de que Cypress recomienda una resistencia de 1M y una tapa de 4.7nf que conecta el escudo a tierra. Los dos orificios del escudo deben estar conectados con un rastro muy grande (¿creo que sugirieron 100 mils?)

Directrices posiblemente contradictorias:

Especificaciones USB tipo C :

La carcasa del receptáculo se conectará al plano de tierra de la PCB.

[¿Pero conectado a través de qué?]

Guía de Cypress para un diseño exitoso de hardware EZ-USB®FX2LP™ (anteriormente Recomendaciones de diseño de PCB USB de alta velocidad ):

• Conecte la conexión SHIELD a GND a través de una resistencia. Esto ayuda a aislarlo y reduce las emisiones EMI y RFI. Mantenga esta resistencia cerca del conector USB. Puede ser necesaria cierta experimentación para obtener el valor correcto.
• Proporcione un plano para el escudo USB en la capa de señal adyacente al plano VCC que no sea más grande que el cabezal USB.

Directrices de diseño Intel EMI para componentes USB :

El principal desafío del cumplimiento de EMI de dispositivos de velocidad completa es evitar que la energía de alta frecuencia se acople al blindaje.

Los dispositivos de velocidad máxima utilizan un cable blindado que requiere que la carcasa del conector esté conectada al plano de tierra. Es importante notar que un plano de tierra no se comporta como una superficie equipotencial a altas frecuencias. La ubicación de la terminación de la carcasa del conector en el plano Gnd es fundamental. La conexión debe realizarse en el área más tranquila del plano de tierra para evitar que el ruido del plano de tierra se acople al blindaje...

etc.

Google para "directrices USB"

El escudo no debe estar conectado a tierra. Está conectado a tierra en el extremo del host, por supuesto.

Basé un proyecto en una especificación de diseño que pedía una resistencia de 33k que conectara el protector USB al plano de tierra. Era un proyecto para radioaficionados, ¡así que convenientemente mi placa de circuito se colocó cerca de un detector EMI sensible!

En mi caso, tuve que quitar la resistencia de 33k y cortocircuitar el protector USB directamente al plano de tierra de mi PCB para eliminar la EMI.

El peligro de conectar directamente su escudo a tierra es que si dos dispositivos tienen "tierras" a diferentes potenciales y hay una capacidad de corriente continua significativa de esas fuentes, esta conexión podría servir como un fusible entre los dos sistemas de energía.

Recuerde que un capacitor es casi un cortocircuito total en su frecuencia resonante y generalmente conduce en una banda bastante amplia alrededor de esa frecuencia, por lo que un capacitor entre la tierra del blindaje y la tierra del sistema suele ser el compromiso necesario.

Diseño comunicaciones de bus de datos automotriz y algunos estándares requieren que solo un dispositivo conecte el blindaje directamente a tierra y el resto de los dispositivos deben hacerlo a través de una serie RC. Un bus de datos automotriz tiene una velocidad significativamente menor que USB 2.0, pero los riesgos deberían ser similares. Sin embargo, USB 3.0 puede ser difícil de mantener correctamente sin conexiones de protección sólidas. Eso (5 a 10 GHz) está fuera del alcance de mi experiencia de diseño actual.

Bueno, dado que parece que necesitamos otra respuesta, daré mi voto para conectarlo a tierra a través de un chip de protección ESD, como el USBLC6 . Funcionó bien para mí en varios proyectos: sin destrucción aparente de componentes a través de ESD y sin problemas con la integridad de los datos. Siento que sería al menos un poco sospechoso si STmicroelectronics fabrica un chip de este tipo, y es consciente de que una resistencia, un condensador o un cortocircuito a tierra serían igual de buenos.

No sé si este éxito se debe a que es lo correcto o simplemente a una tonta suerte. Dada la amplia variedad de respuestas, estaría tentado a decir que nadie lo hace.

En el trabajo, conectamos los conectores Ethernet directamente a tierra. AFAIK, esto es lo mismo que el problema en cuestión, a pesar de que el cable Ethernet no lleva señal de tierra. Parece funcionar, y fue decidido por alguien con más experiencia que yo.

Yo uso una resistencia entre 10K y 50K. IIRC Vi un valor de 33K en una nota de aplicación de FTDI.

Pondría todas las conexiones en el esquema.

Consulte EMI y USB , que recomienda conectar a tierra ambos extremos para evitar transmisiones EMI en las frecuencias utilizadas para la transmisión de datos USB.

No solo el EMI es el problema. Tienes que saber que cada vez que conectas el cable al conector te sale un pulso de descarga ESD. Esto es peligroso para la electrónica. Así que nunca conectaría el usb shild directamente a tierra.

Creo que el chip de protección ESD y las pistas más gruesas con más de 100 mil entre el escudo y la tierra serían una buena opción.

Además, más costuras alrededor del escudo proporcionan una jaula de Faraday al ruido.

He diseñado varias placas y siempre he usado chip FTDI (FT245R). La hoja de datos indica claramente que el escudo debe estar conectado a GND. ¡El mismo GND de chip que es la tierra de PCB!