Qual é a confiabilidade de um barramento USB em cadeia? Quais são os riscos e como eles podem ser minimizados?

Introdução

O USB já existe há bastante tempo, usado extensivamente até nas indústrias automotiva, marítima e espacial, até certo ponto. No entanto, certas formas de comunicação são mais confiáveis ​​do que outras em termos de:

• Possibilidade de redundância a quente

• Proteção do equipamento conectado contra falhas em outras conexões (sobretensões, curtos-circuitos, mau comportamento [dados, níveis de tensão, tempo ...] ...) ou no próprio hub / comutador

• Grande tempo médio antes da falha ("congelamento" ou falha de hardware)

Geralmente, a taxa de erro é um pouco menos importante, pois a detecção e a correção (que podem exigir retransmissão) são tratadas pela biblioteca / pilha de protocolos.

Questão

Gostaria de saber o quão confiável é um sistema baseado em um hub USB (digamos, 16 portas, seja encadeado ou não). O que geralmente pode dar errado e o que pode ser feito (proteções / topologias ...) para impedir que as falhas de ponto único se espalhem (idealmente, eu trocaria o equipamento com defeito e ele estaria pronto para funcionar).

Problema específico

Para um equipamento específico em funcionamento, preciso conectar 16 dispositivos a um PC primário e a um PC redundante (assumindo o controle se o outro travar). 75% dos dispositivos têm Ethernet e USB e 25% são apenas USB, e estou pensando se devo simplificar tudo (o que também pode aumentar a confiabilidade) usando apenas o USB ou os dois para maximizar a confiabilidade. Para USB, a alternância entre os 2 computadores seria feita usando uma chave manual.

Para ilustrar, o hub que estou considerando é este , que suporta picos de <350W, mas não parece isolado; Eu tenho o pressentimento de que eles estão usando demais o termo "industrial", para que eu possa trocá-lo por várias 7 portas encadeadas em série. O equipamento conectado é um conjunto de controladores industriais de temperatura PID, um no-break e um termômetro de precisão. No entanto, esta questão é mais geral.

Você está certo de que surtos são uma preocupação para falhas em cascata; também é verdade que o USB não é galvanicamente isolado por padrão e, de fato, é difícil isolar-se devido à sua natureza semiduplex, bidirecional, diferencial, mas nem sempre (exploda o SE0!). Felizmente, o pessoal da Analog Devices intensificou e montou o ADuM4160 para cuidar de todas as partes realmente difíceis do isolamento USB - embora ele suporte apenas a operação em velocidade baixa ou máxima e não possa transmitir sinais de negociação em velocidade baixa / máxima, significando que não pode ser incorporado em um "bloco" USB isolado de uso geral sem ajuda, ainda é a coisa mais próxima de um isolador USB genérico disponível.

Supondo que uma fonte confiável de 5V para os hubs esteja disponível e, de preferência, uma fonte de 5V por hub (não é difícil!), Eu os dividiria em 4 portas e isolaria a porta upstream de cada hub - escolha seu chipset de hub favorito aqui . Juntamente com uma boa supressão de sobretensão por porta, para a qual eu especificaria um par de dispositivos Bourns TBU em série com D + / D- e um shunt de baixa capacitância e alta energia shunt, além de um grampo MOV e TVSS + limitador de corrente ou PPTC para Vbus e a rede obrigatória TVSS / braçadeira para D + / D-, isso deve limitar a propagação de surtos através da rede USB.

Eu trabalho no departamento de TI do meu local de trabalho e muitas pessoas executam vários dispositivos ao mesmo tempo em um hub USB de seis portas. Nunca tive reclamações ou problemas com eles, seja em casa ou entre outras pessoas no meu local de trabalho. Podemos trocar quente qualquer dispositivo no hub sem problemas. Porém, a única coisa a considerar é que a largura de banda será compartilhada em todos os dispositivos em um hub. Isso significa que, se você tiver dois discos rígidos USB 3.0 (teoricamente 5 Gbit / s) em execução em um hub, transferindo informações um para o outro, eles serão transferidos apenas a 2,5 Gbit / s cada (em condições teóricas ideais).