Que medidas devo tomar para proteger as portas USB do meu PC durante o desenvolvimento de um dispositivo USB?

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Vou começar a desenvolver um dispositivo USB 1.1 usando um microcontrolador PIC. Vou manter uma das portas USB do meu PC conectada a uma placa de pão durante esse processo. Não quero destruir a porta USB do meu PC por um curto-circuito ou conectar linhas de dados entre si ou acidentalmente uma linha de energia. $\pm$

Como posso proteger as portas USB? Uma porta USB padrão possui proteção contra curto-circuito integrada? Devo conectar diodos, resistores, fusíveis em / através / através de alguns pinos?

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usb protection

— hkBattousai
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Usar um fusível reinicializável no VCC seria um bom começo, supondo que você o tenha avaliado corretamente. Não posso falar sobre como eles funcionariam em uma linha de dados.

— Polinomial

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As linhas de dados precisariam de pelo menos uma TVS, ou melhor ainda, de optoisolação.

— Ignacio Vazquez-Abrams

Eu acho que as placas-mãe modernas são tolerantes. Ao mexer com um AVR, conectei acidentalmente o GND ao VCC e, além de o dispositivo ser desconectado pelo sistema (ou seja, o Windows reproduzia o som "dispositivo desconectado"), nada aconteceu. Vale a pena notar que não havia conexão USB direta . O VCC veio através do cabo ISP (que foi obtido por USB) e o GND veio através de um cabo serial USB =>.

— ThiefMaster

@ ThiefMaster "um pouco" - eu ainda não confiava nisso. Fritei uma placa nova (desativando metade das portas USB) no processo de conexão de um conector MicroUSB3 padrão - deve ter acidentalmente encurtado alguns pinos de alguma forma. A questão é que ainda é muito fácil danificar.

— Bob

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Em nenhuma circunstância confie na placa-mãe para protegê-lo. Eu me viro para explodir a minha mãe, teclado, mouse, e alguns outros periféricos USB quando eu coloco 24v no trilho 5V ....

— CurtisHx

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Isso é para expandir a sugestão de Leon de usar um hub.

Os hubs USB não são todos iguais. Extraoficialmente, existem várias "notas":

Hubs baratos. Estes são otimizados em termos de custos a ponto de não aderirem mais às especificações USB. Freqüentemente, as linhas de + 5V das portas downstream são conectadas diretamente ao computador. Sem interruptores de proteção. Talvez um fusível, se tiver sorte.
edit: Aqui está um tópico em que o OP está confirmando que um hub USB projetado incorretamente está realimentando seu PC.
Hubs decentes. O jusante + 5V é conectado através de um comutador com proteção contra sobrecorrente. A proteção contra ESD geralmente está presente.
Hubs industriais. Geralmente, existe uma proteção respeitável contra sobretensão na forma de TVS e fusíveis reinicializáveis.
Hubs isolados. Existe um isolamento galvânico real entre as portas upstream e downstream. A classificação de isolamento tende a ser de 2kV a 5kV. Os hubs isolados são usados quando uma tensão realmente alta pode vir de uma porta a jusante (por exemplo, CA da rede elétrica, desfibrilador, EMF traseiro de um motor grande). Hubs isolados também são usados para quebrar loops de terra em condições de baunilha.

O que usar depende do tipo de ameaça que você espera.

Se você está preocupado com os curtos entre as linhas de energia e de dados, pode usar um hub decente. Na pior das hipóteses, o controlador do hub será sacrificado, mas salvará a porta no laptop.
Se você está preocupado com a possibilidade de uma tensão maior que + 5V chegar ao PC, você pode fortalecer o hub com proteção contra sobretensão composta por TVS e polifusor. No entanto, ainda estou falando de tensões relativamente baixas da ordem de + 24V.
Se você estiver preocupado com tensões realmente altas, considere hub isolado, tubos de descarga de gás. Considere usar um computador que você pode perder.

— Nick Alexeev
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E se estivermos preocupados com outro equipamento conectado ao mesmo hub? Um centro industrial seria suficiente?

— user42875

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@ user42875 A resposta é: possivelmente, depende de um hub específico e do nível de ameaça esperado. Você precisaria examinar as especificações do seu hub industrial específico.

— Nick Alexeev

@NickAlexeev ok, mas como você faz concretamente a diferença na amazon entre um hub "barato" e "decente"? E por que não usar usb isolador (o custo mais barato arround 10 $)

— JinSnow

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Use um hub. Eles são muito baratos e suas portas USB estarão perfeitamente seguras, independentemente do que o seu dispositivo faça.

— Leon Heller
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Bem, nada ... esses hubs são classificados apenas para um par de kV de isolamento;)

— Polynomial

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Se o hub for passivo, os pinos de energia serão conectados diretamente às linhas de energia do PC ou ainda oferecerão isolamento de energia?

— 22413 alexan_e

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@Guido História ruim. Esse seu professor não sabia o que ele estava fazendo. O raio pode saltar através de um hub USB civil como se não fosse um negócio. A proteção adequada contra descargas atmosféricas é feita através do desvio da maior parte da carga para o terra (terra) através de tubos de descarga de gás (GDT) e da fixação da carga restante com o TVS Zeners.

— Nick Alexeev

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Como alguém que faz isso da vida, qualquer hub barato em linha deve oferecer 100% de proteção se a sua placa-mãe oferecer uma proteção razoável contra curtos-circuitos. Nós os usamos o tempo todo, mesmo quando fazemos testes de ESD em nossas peças (zaps de 15KV são bastante divertidos), e nunca explodimos um ou retiramos uma porta de host.

As linhas de dados de um hub barato simplesmente não podem ser fisicamente conectadas ao PC - deve haver um chip de hub para separar as comunicações das 4 ou 7 portas que o hub fornece. O USB não é um barramento como o Ethernet - a conexão de várias portas com fio simplesmente não funciona, pois grande parte da sinalização é baseada nos níveis de corrente contínua. Esse chip do hub fornecerá proteção quase infalível entre o dispositivo e a porta do host nas linhas de dados.

O poder é uma questão diferente. Eu tinha uma placa-mãe que limitava a porta USB com um fusível na linha USB 5V - não um fusível reinicializável, mas um fusível de fio de fusão. Um curto não intencional exigia uma grande cirurgia na placa-mãe. Energia é a área com maior probabilidade de causar problemas. Compre um hub com boa potência (por exemplo, US $ 25), use o adaptador fornecido e pronto.

Se você é realmente paranóico, o USB permite até 4 hubs entre o host e o dispositivo. Compre 4 hubs baratos baratos, conecte-os na linha e faça o mesmo.

Boa sorte

— Frank Schwab
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Empilhar vários hubs tem outra vantagem. Nos primeiros dias do USB, não era incomum ver dispositivos que não funcionariam bem ou que estivessem a mais de um hub do host. Testar regularmente com quatro deve eliminar muitas suposições de latência. Não se esqueça de também testar a operação correta com menos hubs, assim que tiver certeza da segurança operacional.

— RBerteig

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Como alguém que também conecta o protótipo de hardware USB aos PCs, também esteja ciente de que um software USB inadequado pode travar o sistema operacional host. Temos problemas com o Windows desativando portas USB (exigindo reinicialização). Às vezes, o OSX entra em pânico do kernel devido a dados USB ruins.

— David Poole

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Os dispositivos analógicos são uma solução de dois chips para o seu problema, que fornece energia total e isolamento de dados para o barramento USB de até 12 Mbps, o que deve ser adequado às suas necessidades:

http://www.ubasics.com/usb_isolator

Energia -
Dados ADuM5000 - ADuM4160

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Existem vários kits de avaliação e painéis de interrupção que facilitam o uso para aqueles que não são acessíveis com um ferro de soldar.

— Adam Davis
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E como ele proteger o USB quando ele constrói este e testa-lo pela primeira vez ;-)

— Myforwik

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@Myforwik Ele vai usar um hub!

— Ian Boyd

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Use um hub sem fio. Gostaria de ver alguém criar um dispositivo USB que possa fritar uma placa-mãe através do hub USB sem fio ...

— BenjiWiebe
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Gostaria de experimentar minha bobina de Tesla de 10 kV a uma distância de alguns centímetros?

— Elliott Frisch

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Claro que ele gostaria de ver isso, quem não gostaria? :)

— Paul Becotte

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@PaulBecotte Os subscritores da UL. ;)

— Elliott Frisch

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@BenjiWiebe Apenas deixe-me colar um cabo USB primeiro com ele ... #

— Elliott Frisch

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Bobina de faísca com transformador de sinal de néon ; foi um projeto divertido de fim de semana.

— Elliott Frisch

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Usar um hub (com alimentação própria) é uma boa ideia. Além disso, você pode usar uma placa de expansão USB no seu PC em vez das portas USB integradas ao seu sistema, o que oferecerá mais proteção.

— John
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Se o dispositivo que você está executando executa o poder da porta USB, um hub simples funciona. Se o dispositivo fizer uso de uma fonte de alimentação externa, use isolamento. Falo disso por experiência. Uma das minhas portas USB do meu MacBook Pro está frita devido a um groundloop com uma placa de arduino alimentada externamente. Uma das outras respostas tem uma boa solução para o isolamento usb de baixo custo.

— Jelbert
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