Microcontrolador a PC a través de USB: ¿necesito usar aislamiento?

Quiero conectar mi microcontrolador (dsPIC33E) a una PC a través de USB. Dado que el microcontrolador en particular no tiene un hardware incorporado para el protocolo USB, tengo que usar un chip externo (por ejemplo, TUSB1106PWR o MAX3454EEUD+), es decir, un transceptor USB que planeo conectar a un puerto UART del microcontrolador.

El microcontrolador tiene su propia fuente de alimentación aislada (3,3-5 V), y lo que quiero saber es si necesito aislar el bus de datos a través de optoacopladores.

Como yo lo veo, hay tres opciones con respecto a la fuente de alimentación:

  1. Para usar una fuente de alimentación separada (aislada) para el microcontrolador. Se utiliza la misma fuente de alimentación (aislada) para alimentar el chip USB, es decir, la fuente de voltaje y los pines de tierra en un conector USB son NC.
  2. El microcontrolador es alimentado por su propia fuente de alimentación (aislada), y el chip USB es alimentado por el puerto/cable USB.
  3. Todo lo suministra el USB: el microcontrolador y el chip USB. En este caso, no necesito usar el aislamiento.

Adición a la pregunta original:

Digamos que un microcontrolador tiene su propia fuente de alimentación (aislada) y la misma fuente de alimentación se utiliza para alimentar el transceptor USB. Ahora la PC tiene su propia fuente de alimentación (posiblemente aislada). Tengo una situación exactamente como esta.

Ahora escribiré una serie de preguntas, pido disculpas si simplifiqué demasiado las preguntas. Simplemente sí o no servirá con una referencia a una pregunta:

Q1. Si los dos terrenos no están unidos, entonces no hay voltaje entre los dos terrenos, ya que no hay un punto de referencia, ¿correcto?

Q2. Si unimos los dos motivos, eso se convierte en un punto de referencia para todo el sistema. Si ambos suministros están aislados, o al menos uno de ellos, entonces no habrá diferencia de voltaje entre las dos tierras. Al unirlos, simplemente haríamos referencia a esos dos motivos, ¿correcto?

Q3. Si las dos fuentes de alimentación no están aisladas y ambas están conectadas a la red eléctrica de CA, entonces podría suceder algo realmente malo, ya que las dos tierras pueden tener un potencial diferente y ambas están referenciadas a N. Si unimos las dos "tierras" juntas, debido a la diferencia de voltaje, la corriente fluirá de un potencial más alto a uno más bajo, y dependiendo de la diferencia de voltaje, algo podría quemarse, ¿correcto?

Q4. Dado que D+ y D- provienen del lado de la PC, si no unimos las dos tierras, entonces el transceptor USB no podría representar los niveles de voltaje en D+ y D-, ya que no hay un punto de referencia, ¿correcto?

P5. Si el transceptor USB funciona en un modo diferencial (busca la diferencia de voltaje entre D+ y D-), entonces no necesitamos hacer referencia a la conexión a tierra de la PC en absoluto, es decir, no necesitamos unir las dos conexiones a tierra - correcto ?

En su caso, no necesita aislar y las respuestas a continuación están bien. Sin embargo, existen dispositivos de aislamiento USB específicamente para este propósito (es decir, no solo optoacopladores). Disminuyen significativamente la velocidad máxima, pero funcionan si está trabajando con diferenciales de alto voltaje entre la PC y el dispositivo.
@scld ¿Puede explicar qué quiere decir con "diferencias de alto voltaje entre la PC y el dispositivo"? ¿Cuándo ocurrirá algo así? Si vinculo los dos terrenos, lo que aparentemente debo hacer para hacer referencia a los niveles de voltaje en las líneas D+ y D-, entonces esto no debería suceder. ¿Cuáles son las posibles situaciones en las que necesitaría un chip USB de aislamiento? ¡Gracias!
He fabricado dispositivos de montaje en poste que, cuando se prueban a nivel de banco, se alimentan de suministros aislados y la diferencia entre la conexión a tierra del protector USB de mi PC y la conexión a tierra del dispositivo bajo prueba se puede medir en voltios. En algunos casos, es suficiente para arruinar las mediciones analógicas. En otros casos, es suficiente para arruinar la placa base de una PC. Además, no siempre puedes unir dos motivos. electronics.stackexchange.com/questions/35800/…
@scld Extendí mi publicación original con algunas consideraciones (preguntas adicionales) sobre su respuesta. Me disculpo si este comentario va en contra de las reglas de la comunidad. Por favor avísenme si va en contra de las reglas, en ese caso borraré el comentario. ¡Gracias!
@Marko ¿Podría decirnos para qué está diseñado su dispositivo? En una nota diferente, un diagrama de bloques aproximado también ayudaría a comprender sus preguntas (incluso si el diagrama no está seguro de dónde aislar y cómo).

Respuestas (2)

No necesitas aislarte. Si no lo hace, necesita unir las tierras de los circuitos si está utilizando la fuente de alimentación separada.

Dicho esto, mientras estás haciendo tu desarrollo, es posible que te equivoques y hagas cosas malas. Recomiendo usar un concentrador USB hasta que sepas que todo está perfecto. De esta manera, es más probable que los errores destruyan el concentrador que el puerto USB o la placa base de la computadora.

Puede usar la fuente de alimentación externa o usar el bus USB para obtener energía, según la cantidad de corriente que necesite.

También podrías considerar por qué estás haciendo el proyecto en primer lugar. Si es muy importante que tenga un terreno muy tranquilo, puede optar por el aislamiento. Por supuesto, simplemente aislar y garantizar un terreno tranquilo son dos cosas diferentes.

Ok, si entiendo esto correctamente, si el microcontrolador se alimenta de su propia fuente de alimentación (aislada), el chip USB también debe ser alimentado por esa fuente de alimentación, es decir, el cable de suministro de voltaje del cable USB es NC. Pero, ¿los dos terrenos deberían estar unidos? Sin embargo, si aíslo D+ y D- a través de optoacopladores, en ese caso, ¿no tengo que vincular las dos tierras? ¡Gracias por la ayuda!
Si aíslas, luego unes los terrenos, ¡ya no estás aislado! Si los dos subcircuitos hablan sin un aislador, deben compartir una referencia común, lo que se hace uniendo las tierras. Si hablan con un aislador, no es necesario y no debe unir los terrenos.

El microcontrolador tiene su propia fuente de alimentación aislada (3,3-5 V), y lo que quiero saber es si necesito aislar el bus de datos a través de optoacopladores.

no puedes El bus de datos USB es bidireccional y, en cualquier caso, es demasiado rápido para un optoacoplador típico. Existen algunos aisladores USB (por ejemplo, ADUM4160 , LTM2884 ), pero son bastante inusuales, costosos y difíciles de usar.

Pero probablemente no sea necesario. A menos que esté haciendo algo muy inusual, generalmente no hay necesidad de aislar los dispositivos USB. Conecte las líneas D+/D- y GND directamente y alimente el microcontrolador desde el USB +5V o desde un suministro de 5V separado.

Sí, tenía miedo de que el USB no se pueda aislar usando optoacopladores (de bajo costo). Entonces, todo lo que tengo que hacer, en caso de que use una fuente de alimentación separada (aislada) para el microcontrolador y el chip USB, es vincular las dos tierras, para hacer referencia a los niveles de voltaje D+ y D-. ¡Gracias por la respuesta!
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