USB Protokoll gestört durch ESD 4kV

[el_berliner (Gast)]

Ich habe via "USB-C" Stecker einen USB2.0 Audio DAC (TI PCM2705C) an ein 
Android Handy (Huawei Mate Pro) gebaut. Mit 1m Anschlusskabel und meine 
Leiterplatte dran im Plastikgehäuse.
Wenn ich mit meiner Pistole am "ESD Testplatz" (manchmal schon ab 2kV) 
auf den Metallschirm direkt am Stecker (der im Handy steck) blitze. Wird 
die Musik unterbrochen und Handy meldet neues Audio Device usw., wenn 
ich das Bestätige geht das Fenster weg und Musik geht weiter.

(Gleich so wie wenn ich den DAC ziehe und neu stecke)

Kaputt geht ansich nichts (HW), da ich natürlich einen ESD Schutz auf 
der LP eingebaut habe. Aber ich vermute das auf den USB Leitungen "USB 
RESET Bedingung" entsteht (SW). Also D+/D- beide gleicher Pegel High 
oder Low je nachdem ob +2kV oder -2KV. 4 Lagen Layout ist mit "Masse auf 
einer ganzen 2. Top Lage" und Kabelanschluss am Leiterplattenrand 1. Top 
Lage und 20mm entfernt vom DAC Chip gestaltet.

Ist das Verhalten erlaubt? Verstehe ich was falsch?
Heist es nicht in der ESD Norm 10x ESD Puls bis +/-8kV und es darf keine 
Benutzeraktion erzwingen / auslösen ?

USB Bus mit Oszi Messen ist schwer bei 2kV ;-(

PS: andere Handys, andere Effekte z.B. die stürzen auch gern mal 
komplett ab, bzw. nur das Display oder Reboot. LG, Samsung usw.

I.ü. habe ich gleiches Verhalten bei fertig gekauften "USB Audio DACs" . 
wie Terratec oder M-Audio

deshalb: habe ich nun Verständnis Probleme ob es eventuell gar kein 
Mittel dagegen gibt oder/und das alles später im Prüflabor toleriert 
wird.

Es darf halt nur nichts (betr. Hardware) echt kaputt gehen, Software 
usw. (Android Handy) darf schon reagieren oder abstürzen.

Wenn ihr mich beruhigen könnt, her mit einem schlauen Hinweis

[Jim M. (turboj)]

Muss das Consumer Zeuchs überhaupt auf der Low-Power Seite getestet 
sein? Sind ja nur 5V Kleinspannung auf dem USB drauf... ;-)

IIRC waren die ESD-Limits da auch grade mal 1kV, und das scheint es bei 
Dir ja größtenteils zu überleben.

Industrie- Sachen müssten eigentlich 2kV "abkönnen", und medizinisches 
bis 4kV.

Disclaimer: Ich habe die Normen hier grade nicht rumfliegen, kann mich 
also irren.

[el_berliner (Gast)]

Dachte ich auch erst.

Soll aber, wenn es gut läuft, auch mal ne "schöne" CE Zulassung 
bekommen.

Bis jetzt geht ja wenigstens weder meine Schaltung noch das Handy 
kaputt.

aber:

für den erhofften "zukünftigen Consumer" ist es doch verdächtig, wenn 
meine Schaltung oder deshalb sein Handy während der Musike gelegentlich 
ein neues Device meldet nur weil eine ESD Entladung das USB-Protokoll 
irgendwie stört.

Meine "ESD" Schaltung ist ja theoretisch eigentlich High Speed tauglich, 
also 480MBd.

Da mein DAC "nur" Full Speed (12MBd) braucht versuche ich es mal mit den 
alten? USB ICs für USB1.1 sowas wie den USBUF01W6 von STM, Texsas und 
Co. Da ist auch alles schön in einem Gehäuse statt einzelne 
Bauelemente. Kontakt-Endladung bis +/-8KV und "AIR" bis 15kV klingt auch 
da gut.

Die Drossel für Gleichtakt-Unterdrückung kann man sich wohl sparen oder 
ist dann EMI und EMS dann mein nächstes Problem?

Aber ob so ein USBUF01W6, die USB Protokoll-Störungen verhindern wird 
kA.?

[el_berliner (Gast)]

Ich habe gerade einen Klappferrit (am Stecker an das Kabel) geklippt und 
+/-8kV ESD stören nun nicht mehr die USB Kommunikation !!?? alles 
Funktioniert nun super. na... toll...

aber....
ist jetzt dafür schwer und sieht hässlich aus.
Kenne ich von PC's, aber nicht bei Handy Kabeln, geht also so gar nicht.

Weiß jemand warum das Klappferrit diese Wirkung hat.

Gibt's evtl. Lösungen die ich mit in den USB-C Stecker einbauen sollte.

Da ist schon jetzt eine kleine Leiterplatte drin mit dem UFP (Upstream 
facing ports) typischen Rd=5k1 Widerstand von CC nach GND, damit das 
Handy mir gewillt ist überhaupt Spannung zu liefern.

[Esoteriker (Gast)]

Einen Rosenquarz im 0805 Gehäuse reicht evtl. auch.
Und der sollte auch auf die Platine passen.

[Joe F. (easylife)]

Versuche mal auch USB-GND mit einem Ferrit statt den 0R zu verbinden.
An dieser Stelle kann sich der Puls ungehindert in deine Schaltung 
schleichen.

[Wolfgang R. (Firma: www.wolfgangrobel.de) (mikemcbike)]

Aussage eines renommierten EMV-Testlabors im Lippischen: "USB ist die 
Abkürzung für Unheimlich Sensibler Bus!"

Aus Erfahrung definieren wir USB nur noch als Diagnoseschnittstellen - 
sie dürfen nicht kaputt gehen, die Kommunikation darf aber 
zusammenbrechen.

[soso... (Gast)]

el_berliner schrieb:
> deshalb: habe ich nun Verständnis Probleme ob es eventuell gar kein
> Mittel dagegen gibt oder/und das alles später im Prüflabor toleriert
> wird.

Das hängt von deiner Produktnorm ab.

Es gibt Kriteren A, B und C, die beschreiben, wie sich das Gerät bei der 
Störbeaufschlagung verhalten darf.

Soweit ich mich erinnere, darf es bei A zu gar Beeinträhchtigung kommen, 
bei B muss sich die Störung selbstständig reparieren, bei C darf ein 
Reset nötig sein.
wenn das Gerät denumeriert, dann aber selbstständig wieder enumeriert, 
kann B erfüllt sein, ich weiß es nicht genau.
C ist erfüllt.

Was den Klappferrit angeht: Der wirkt als Gleichtaktdrossel, und zwar 
auch über den Schirm.
Warum das gegen den ESD hilft, weiß ich nicht. Man könnte vermuten, dass 
der Schirm irgenwie in die Datenleitungen einkoppelt. Der Klappferrit 
würde das möglicherweise verbessern.

In Summe:
Das Verhalten kann akzeptabel sein, schau in deine Norm oder frag das 
Prüflabor.

[Andreas (Gast)]

ESD ist manchmal schon ziemlich unberechenbar. Was mir schon öfters 
geholfen hat ist bei den Entstörkondensatoren sehr kleine Werte 
(10-20pF) parallel zu schalten. Der ESD-Puls ist ja sehr Breitbandig und 
Hochfrequent, gerade bei HF wirken die kleinen Kondensatoren deutlich 
besser.
Hatte schon öfters Boards welche z.B. auf der Reset-Leitung nur einen 
100nF Kondensator als Stütze hatten (neben dem Pull-Up Widerstand 
natürlich). Mit ESD-Kontaktentladung auf die 10cm entfernte Koppelplatte 
kann man da oft den Controller resetten, mit einem 18pF Kondensator 
zusätzlich, nahe am IC-Pin, resettet der Controller dann nicht mehr...
Soweit ich gesehen habe hat der DAC hier keinen Reset-Eingang, aber wenn 
er natürlich intern empfindlich auf Speisungssprünge reagiert könnte er 
sich durch den ESD-Impuls eventuell dennoch resetten. Im Zweifelsfall 
einfach den normalen Abblockkondensatoren noch Huckepack einen kleinen 
Wert oben drauf löten und schauen ob die Störfestigkeit dadurch grösser 
wird.

Wir testen unsere Geräte eigentlich immer mit 8kV und mehr, einfach weil 
die Erfahrung zeigt dass die Kunden in der Praxis offenbar gerne bei 
trockener Luft, mit Synthetikkleidern auf Teppichböden rumschlurfen und 
sich mörderisch aufladen.
CE Bedingungen erfüllen ist ja schön und gut. Aber wir wollen doch in 
erster Linie zufriedene Kunden und ein möglichst abgehärtetes 
Qualitätsgerät verkaufen. Jedenfalls wenn sich die Probleme mit einigen 
"Cent-Bauteilen" lösen oder verbessern lassen und man mit den Massnahmen 
nicht den Produktpreis verdoppelt oder die Gewinnmarge halbiert.

[Max G. (l0wside)]

soso... schrieb:
> Was den Klappferrit angeht: Der wirkt als Gleichtaktdrossel, und zwar
> auch über den Schirm.

Es gibt fertige USB Common Mode Chokes, die weder groß noch teuer sind 
(willkürlich: Murata DLP11SA350HL2L in 0504, also knapp über 
Fliegendreck).