Hallo zusammen, für eine Steuereinheit im Rackformat habe ich eine "Haupt"-Signalplatine designt, die alle Anschlüsse zur Aussenwelt vereint und übereinander anordnet, darunter auch eine USB B-Buchse. Da ich den USB aber nur im Gerät weiterverteile (via Hub an div. Controller, Sensoren etc.) habe ich auf der anderen Seite der Signalplatine (Europakartenformat) eine USB A Buchse platziert, sodass hier ganz normal wie am PC der Hub angeschlossen werden kann. Leider habe ich beim Pinout statt Buchse Stecker als Referenz genommen und so die einzelnen Signale vertauscht.. Zum Debuggen habe ich daher einfach mal mit normaler Litze die beiden USB-Ports miteinander verbunden (an die Lötstifte auf der Unterseite der Platine gelötet) und die bestehenden Tracks auf beiden Seiten der Platine direkt hinter den Ports durchtrennt. Das Problem: Das einzige USB-Gerät, was ich so zum Laufen bringe ist eine alte, wohl USB 1.1, Microsoft-Maus, sämtliche 2.0 Geräte werden vom PC nicht erkannt, Windows bringt die Meldung "USB Device could not be recognized". Daher habe ich meine einzelnen Drähte durch ein Stück gekauftes USB-Kabel ersetzt, also geschirmt, twisted pair etc. - Leider immer noch dasselbe Problem. Hier meine 2 Fragen: - Wieso funktioniert meine Bastellösung nicht (das würde für den Moment reichen). Ist USB bzgl der Signalqualität so heikel, dass an den Lötstellen von den Ports zum Kabel so viel verloren geht, eingekoppelt wird, wie auch immer? - Habe ich eine Chance die ursprüngliche Lösung bei richtiger Verbindung in einer zukünftigen Version des PCB's zum Laufen zu bringen? Ich kenne die Empfehlungen zum PCB-Design in der offiziellen USB-Spec. Dort wird davon abgeraten, D+ und D- über einen so langen Weg wie bei mir (quer über eine Europakarte, also fast 160mm) zu führen, die restlichen Empfehlungen habe ich mehr oder weniger umgesetzt. Danke für eure Hilfe!
Nimm mal Google oder ein gutes Buch und lies Dich zum Thema Wellenwiderstand schlau. Deine Leiterbahnen sind eben keine 0 Ohm Brücken, sondern haben Widerstand, Induktivität und Kapazität, und das frequenzabhängig. Und da Du eben nicht mehr im Gleichstrombereich bist, müssen Quelle, Leitung und Senke impedanzmäßig aufeinander abgestimmt sein. Ist das wie bei Dir nicht der Fall, gibts an den Stoßstellen Signalreflektionen, und die vermiesen Dir das Geschäft. Das etwas vereinfacht, Details gibts hier: http://de.wikipedia.org/wiki/Wellenwiderstand Also halte Dich an die USB-Standards. Hier http://www.usb.org/developers/docs/hs_usb_pdg_r1_0.pdf gibts detaillierte Empfehlungen. Das heißt dann: 4 Lagen. Hast Du sicher nicht gemacht. fchk
Danke für deine Antwort. Mir ist klar, dass ich bei diesen Geschwindigkeiten nicht mehr mit einfachem Strom sondern es mit elektromagnetischen Wellen zu tun habe; damit und u.a. mit der Wellenimpedanz bin ich zumindest theoretisch bekannt (6. Sem. ET ETH Zürich), wie man das in die Praxis umsetzt naja das weiß ich eher nicht so :P Aber danke für das pdf mit den Empfehlungen, das ist ja super ausführlich und hilfreich und da ist eine Menge aufgelistet an was ich nicht gedacht habe.. Einzig mit den 4 Layern habe ich etwas Bauchschmerzen, das geht aus Kostengründen nicht; Wenn ich es richtig verstanden habe wurde das aber lediglich bei diesem Refernzdesign so gemacht, es kommt aber darauf an dass unter den USB-Traces eine solide GND-Plane ist die übertrieben gesagt weit und breit nicht unterbrochen wird? Das kann ich bei meinem Design auch mit 2 Layern sicherstellen. Was meinst du zu meiner Bastellösung? Keine Chance da was zum Laufen zu bringen, nehme mal an an den Löststellen gibts zu heftigen Mismatch und zumindest die D+ und D- Adern müssten exakt gleich lang sein?
hast du mal probiert, anstelle der "normalen litze" ein stück twisted-pair kabel einzulöten, idealerweise sogar geschirmt? ich konnte solch ein phänomen mal (zumindest provisorisch) durch einfaches umwickeln mit alufolie (einseitig auf gnd gelegt) lösen. es ging um ca. 25 cm. ohne folie -> usb gerät wurde "bemerkt", jedoch nicht erkannt, mit alufolie -> webcam lief 1A! wie "emv-verseucht" die umgebung tatsächlich war, vermag ich nicht zu beurteilen. neonröhren, telefonanlage und labornetzteile waren jedenfalls reichlich zugegen.
ok, nochmal den ganzen text gelesen -> wenns mit echtem usb kabel nicht geht, vielleicht mal nen anderen hub probieren, bzw. den vorhandenen wenn möglich extern mit spannung versorgen.
Wie im oben verlinkten PDF auf Seite 5 (Vergleich zwischen langen und kurzen PCB-Traces): "Signal quality measurements, impedance measurements and EMI/ESD testing were performed using both routing scenarios to investigate the effects of vias, trace length, component placement and routing paths. Both routing scenarios passed all testing." Halte dich also an die in dem PDF genannten Designregeln und es wird funktionieren.
Florian G. schrieb: > Aber danke für das pdf mit den Empfehlungen, das ist ja super > ausführlich und hilfreich und da ist eine Menge aufgelistet an was ich > nicht gedacht habe.. Einzig mit den 4 Layern habe ich etwas > Bauchschmerzen, das geht aus Kostengründen nicht; Wenn ich es richtig > verstanden habe wurde das aber lediglich bei diesem Refernzdesign so > gemacht, es kommt aber darauf an dass unter den USB-Traces eine solide > GND-Plane ist die übertrieben gesagt weit und breit nicht unterbrochen > wird? Das kann ich bei meinem Design auch mit 2 Layern sicherstellen. Nein. Wie gesagt, Du musst den richtigen Wellenwiderstand treffen, und deine beiden Leiterbahnen bilden mit der Groundplane eine Microstrip-Leitung, deren Impedanz von den Geometrien und dem epsilon_r des Leiterplattenmaterials abhängt. Und dazu gehört auch der Abstand zwischen den Leiterbahnen und der Groundplane von 4.5 mils=114µm. Bei einer normalen Leiterplatte mit 1.6mm Dicke hast Du eine völlig andere Impedanz, und dann funktioniert es eben nicht. Die Hochfrequenztechniker haben spezielle Tools zum Designen von Microstrip-Leitungen. http://de.wikipedia.org/wiki/Streifenleitung fchk
aber hat hier irgendjemand eine erklärung dafür, dass es auch mit einem kabel nicht geht?! die ganze leiterbahnen diskussion ist ja gut und richtig, dennoch würde ich erwarten, dass selbst usb so robust ist, dass es angelötete buchsen toleriert!?
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einspruch schrieb: > aber hat hier irgendjemand eine erklärung dafür, dass es auch mit einem > kabel nicht geht?! die ganze leiterbahnen diskussion ist ja gut und > richtig, dennoch würde ich erwarten, dass selbst usb so robust ist, dass > es angelötete buchsen toleriert!? Das frage ich mich auch.. entweder es liegt an den Lötstellen Kabel/Buchse oder die Reste der Tracks die ich nicht abtrennen konnte verursachen weiterhin munter Mismatch.. das ganze sieht momentan so aus: Nochmal zum Thema Wellenimpedanz: Klar, der Abstand Track <-> Plane beeinflusst die Impedanz und die muss 90 Ohm sein. Dazu gibt es doch aber mehrere Wege, da eben Breite Dicke und Abstand der Tracks (und nat. die epsilons) dazu beitragen.. Ich würde gerne die 4Layer Lösung vermeiden, da das Board ansonsten sehr gut funktioniert und 4 Lagen eben nur für den USB gebraucht werden würden.. ich designe das Ganze in Altium und das hat extra eine Funktion um High Speed Controlled Impedance Tracks zu machen.. Wenn ich die sonstigen Regeln zu Geometrie etc. einhalte und mit Altium sicher stelle dass alles 90 Ohm hat sollte es auch funktionieren oder?
Solange Du nicht die USB-Modi Highspeed und Superspeed verwendest, ist das mit den USB-Leitungen meiner Erfahrung nach alles nicht so kritisch. Geht also auch ohne 4 Layer, Microstrips und ähnliches. Ich vermute also eher daß Du nen anderen Fehler in Deinem Design hast. Mir wird allerdings noch nicht ganz klar was Du da eigentlich genau wie verbunden hast. Zeige einen Schaltplan von genau_dem_was_Du_momentan_hast. Dann sehen wir weiter.
Gerd E. schrieb: > Solange Du nicht die USB-Modi Highspeed und Superspeed verwendest, ist > das mit den USB-Leitungen meiner Erfahrung nach alles nicht so kritisch. > Geht also auch ohne 4 Layer, Microstrips und ähnliches. > > Ich vermute also eher daß Du nen anderen Fehler in Deinem Design hast. > > Mir wird allerdings noch nicht ganz klar was Du da eigentlich genau wie > verbunden hast. Zeige einen Schaltplan von > genau_dem_was_Du_momentan_hast. Dann sehen wir weiter. USB 1.1 geht, das ist nicht das Problem. Es geht explizit um den Highspeed Mode von USB2.0. Schaltplan ist eine 1:1 Verbindung von den 2 Buchsen, wie gesagt im ursprünglichen Design falsch verbunden, jetzt mit dem Kabel richtig (100 mal überprüft und USB1.1 funktioniert tadellos)
Florian G. schrieb: > Gerd E. schrieb: > USB 1.1 geht, das ist nicht das Problem. Es geht explizit um den > Highspeed Mode von USB2.0. Ah, ok. Ja, dann kann es wirklich ein Problem mit den Impedanzen, Übersprechen etc. zwischen Kabel und Leiterbahnen sein. Schneid mal die ganzen bestehenden USB-Verbindungen auf Deinem Board möglichst nah an der Buchse gut mit dem Cuttermesser durch. Geht es dann? Übrigens sind die Bezeichnungen "USB 1.1" und "USB 2.0" alles andere als eindeutig, z.B. kennt der USB 2.0-Standard auch weiterhin Lowspeed und Fullspeed. Daher also immer den wirklichen Namen der Verbindungsart angeben, auch wenn die usb.org die wirklich verwirrend gewählt hat.
Alle Theorie schön und gut, leider wird man an Hochschulen immer als Bastler verschrien, sobald man sich mit der praktischem Umsetzung der Theorie beschäftigt. Ich würde dir raten strukturiert vorzugehen: - fertiges USB Kabel einfach über die Platine legen und probieren ob es funktioniert - Buchsen / Stecker auslöten und Kabel dran und testen ob es funktioniert und spätestens dann dürftest du schon ein ganzes Stück schlauer sein. Und darf man fragen, was U2 ist? Eine Spannungsquelle mit Schaltregler der da wild rumtaktet? Oder ein Funkmodul oder sowas in der Art?
Hallo, du fährst also vom Hub per Leiterbahn zu einer B-Buchse und von dort dann per Kabel weiter zu einer A-Buchse? Das lässt sich nicht korrekt lösen, den Fall gibt es auch in keiner Spezifikation. Was soll das denn sein, Upstream oder Downstream? Gruss Reinhard
Phil J. schrieb: > Alle Theorie schön und gut, leider wird man an Hochschulen immer als > Bastler verschrien, sobald man sich mit der praktischem Umsetzung der > Theorie beschäftigt. Ohja das kenne ich.. > Ich würde dir raten strukturiert vorzugehen: > > - fertiges USB Kabel einfach über die Platine legen und probieren ob es > funktioniert > - Buchsen / Stecker auslöten und Kabel dran und testen ob es > funktioniert > > und spätestens dann dürftest du schon ein ganzes Stück schlauer sein. > Und darf man fragen, was U2 ist? > Eine Spannungsquelle mit Schaltregler der da wild rumtaktet? > Oder ein Funkmodul oder sowas in der Art? Es geht! Deinen ersten Vorschlag hatte ich ja schon ohne Erfolg umgesetzt, jetzt habe ich schlicht den Shield auf der A-Seite abgelötet und es läuft! Ja U2 ist ein Schaltregler und mir ist gerade auch gekommen dass das wohl in Anbetracht von der USB-Geschichte keine gute Idee gewesen ist den da zu platzieren.. allerdings war der die ganze Zeit komplett ausgeschaltet; das ganze Board war ohne Saft ich wollte nur die USB-Verbindung testen, mal sehen was lustiges passiert wenn ich den einschalte.. Danke auf jeden Fall für eure Hilfestellungen und die rege Diskussion!
Reinhard Kern schrieb: > Hallo, > > du fährst also vom Hub per Leiterbahn zu einer B-Buchse und von dort > dann per Kabel weiter zu einer A-Buchse? Das lässt sich nicht korrekt > lösen, den Fall gibt es auch in keiner Spezifikation. > > Was soll das denn sein, Upstream oder Downstream? > > Gruss Reinhard Nein. PC - Kabel - B-Buchse - Leiterbahn - A-Buchse - Kabel - Hub - Kabel - Geräte
>jetzt habe ich schlicht den Shield auf der A-Seite abgelötet >und es läuft! Shield und USB GND auf der selben Massefläche der Platine?
USB hat auch eine Beschränkung bei der maximalen Leitungslänge von 5m! Also 3m Kabel, dann deine Konstruktion und dann nochmal 3m Kabel wäre evtl. grenzwertig und lässt sich leichter stören - insbesondere wenn da noch Fehlanpassungen und mehrere Stecker drin sind... und ggf. Geräte (China Schrott) die selbst nicht ganz so optimal sind.
Phil J. schrieb: >>jetzt habe ich schlicht den Shield auf der A-Seite abgelötet >>und es läuft! > > Shield und USB GND auf der selben Massefläche der Platine? Ja - keine gute Idee?
Florian G. schrieb: > Ja - keine gute Idee? Da muss man durchaus aufpassen. Wenn ich GND mit USB Shield verbinde dann nur über einen 10nF Kondensator in Serie. Wenn man die USB Verbindung nur durchleitet... tja dann evtl. gar nicht erst damit verbinden. Ggf. nichtmal die USB Signalmasse verbinden - behandel den Teil der Platine einfach komplett extra, auch keine anderen Signale da herumleiten.
habe nur kurz mitgelesen, vielleicht hilft diese ja diese .pdf http://www.usb.org/developers/docs/hs_usb_pdg_r1_0.pdf Schönen Sonntag Gruß JO :-)
Mac Gyver schrieb: > Florian G. schrieb: >> Ja - keine gute Idee? > > Da muss man durchaus aufpassen. > Wenn ich GND mit USB Shield verbinde dann nur über einen 10nF > Kondensator in Serie. > > Wenn man die USB Verbindung nur durchleitet... tja dann evtl. gar nicht > erst damit verbinden. > Ggf. nichtmal die USB Signalmasse verbinden - behandel den Teil der > Platine einfach komplett extra, auch keine anderen Signale da > herumleiten. Wie meinst du die USB Signalmasse nicht verbinden? Also das GND was im USB-Kabel ist nicht zum Platinen GND verbinden? Das habe ich auch nicht gemacht, einen Kondensator habe ich aber nicht verwendet.. Danke JO, das pdf wurde oben schonmal gepostet und hilft wirklich gut weiter ;)
Florian G. schrieb: >[...] - Kabel - B-Buchse - Leiterbahn - A-Buchse - Kabel - [...] Wenn Du da jemals ein USB Logo draufpappen wills, muss zwischen die B-Buchse und die A-Buchse ein USB- (Hub-) Chip gesetzt werden. Damit wird das Signal regeneriert, was bei USB lt. Spec alle 5 Meter geschehen muss. Übliche USB A->B Kabel sind 3 Meter lang. > Da ich den USB aber nur im Gerät weiterverteile [...] Auch in diesem Fall muss der A Port immer hinter dem Hub Chip liegen. USB ist kein Bus im klassichen Sinne, die Verbindung der Ports ist immer 1:1 (upstream : downstream).
Jim Meba schrieb: > Florian G. schrieb: >>[...] - Kabel - B-Buchse - Leiterbahn - A-Buchse - Kabel - [...] > > Wenn Du da jemals ein USB Logo draufpappen wills, muss zwischen die > B-Buchse und die A-Buchse ein USB- (Hub-) Chip gesetzt werden. Damit > wird das Signal regeneriert, was bei USB lt. Spec alle 5 Meter geschehen > muss. Übliche USB A->B Kabel sind 3 Meter lang. > >> Da ich den USB aber nur im Gerät weiterverteile [...] > > Auch in diesem Fall muss der A Port immer hinter dem Hub Chip liegen. > USB ist kein Bus im klassichen Sinne, die Verbindung der Ports ist immer > 1:1 (upstream : downstream). Also all meine USB A->B Kabel sind um die 70cm lang.. Klar ist bei USB nach 3m Schluss, daran ändern aber die 15cm PCB und 50cm internes Hub-Kabel nicht viel und das Gerät ist auch nicht dazu gedacht ewig weit vom PC aufzustellen.. An der Host-Gerät Punkt zu Punkt Topologie will ich auch nicht ändern, alles was ich will ist 15cm "Platinen-Verlängerungskabel".. > Wir haben bisher leider noch kein Schema gesehen... Das Schema sind zwei Rechtecke, auf dem einen steht USB A, auf dem anderen USB B, beide haben 4 Pins, Pin1A ist mit Pin1B verbunden usw.. willst du das wirklich sehen?
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