Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
PLC Fatek
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Izolowana przejściówka USB-UART

r06ert 26 Gru 2012 12:04 12444 18
  • Izolowana przejściówka USB-UART

    Witam,

    W warsztacie czeto przydają się różnego rodzaju narzędzia. Kto kiedykolwiek uruchamiał układy mikroprocesorowe, wie że jednym z najbardziej przydatnych narzędzi (obok analizatora stanów logicznych) jest przejściówka UART-USB.

    Klika miesięcy temu zrobiłem swoją własną przejściówkę, cechującą się tym, że ma opcje pełnej izolacji elektrycznej między komputerem a urządzeniem. Ma to istotne znaczenie w dwóch przypadkach, gdy uruchamiane urządzenie nie jest odizolowane galwanicznie od sieci zasilającej 230V oraz gdy chcemy mieć pewność że nasze urządzenie nie będzie się zasilać przez port szeregowy. Od razu jednak chciałem przestrzec początkujących i niedoświadczonych elektroników przed próbami podłączenia tego przejściówki do układów zasilanych bezpośrednio z sieci 230V!

    Mój układ oparty jest na popularnym FTDI232RL oraz ADUM1201 firmy AD, który pełni tutaj rolę separacyjną. Układ jest tak naprawdę połączeniem schematów aplikacyjnych jednego i drugiego układu. :)

    Izolowana przejściówka USB-UART Izolowana przejściówka USB-UART

    W załączniku znajduje się projekt w KiCADzie.


    Jako że święta i zapracowany człowiek nagle nie ma co ze sobą zrobić, postanowiłem również uaktualnić swoją domową stronę:
    http://robertzdunek.dyndns-home.com/przejsciowkauartusb.html
    ;)

    Pozdrawiam


    Fajne!
  • Semicon
  • #2 26 Gru 2012 16:09
    folkien
    Poziom 11  

    Fajne, ale czy chcesz powiedzieć, że zrobiłeś dokładnie to samo w domu co jest tutaj Link do wersji avt, nie wiedząc, że tam cały układ jest opisany i zaprojektowany?

    Czym się twój różni od tego z AVT, ma jakiś dodatkowy bajer?

  • Semicon
  • #3 26 Gru 2012 21:15
    r06ert
    Poziom 25  

    Prawdę mówiąc nie widziałem tamtego kitu, no a teraz to już po ptokach. ;) Jedyna różnica to taka, że ja zworkami mogę wybierać zasilanie 3,3V lub 5V z portu USB, oczywiście jeżeli nie zależy nam na izolacji. 3,3V dostarcza sam układ FTDI. Druga zworka służy do połączenia masy komputera z łączonym układem. Izolowana przetwornica napięcia dc/dc z tej samej rodziny była strasznie droga, stąd zworki. Wyprowadzone są tylko linie TX i RX.

    Obwód ma wymiar 27mmx18mm. Schemat znajduje się w załączniku w formie projektu KiCAD. Znajdują się tam również gerbery. Jak będą jakieś problemy to wrzuce PDFyPłytki od jakiegoś czasu zamawiam w płatkarni.

  • #4 26 Gru 2012 23:01
    narasta
    Poziom 21  

    Wszytko fajnie, tylko jakie prędkości jest w stanie wyciągnąć FTDI przy izolacji?

    Akurat przerabiam temat izolacji rsa-485, ale zdecydowałem się na Si8431. Niedługo będę miał układy więc zrobię testy.

    Jak się sprawuje ten ADUM?

    Gdzie udało Ci się zdobyć te układy?

    Jak rozwiązałeś zasilania obu stron?

  • #5 26 Gru 2012 23:09
    szymon122
    Poziom 37  

    Z tego co mówi datasheet to dla ADUM maksymalna prędkość to 25 Mbps a dla FTDI to tylko 3. Więc prędkość chyba bez zmian.

  • #6 26 Gru 2012 23:18
    Szymon Tarnowski
    Poziom 27  

    r06ert napisał:
    Prawdę mówiąc nie widziałem tamtego kitu, no a teraz to już po ptokach. ;) Jedyna różnica to taka, że ja zworkami mogę wybierać zasilanie 3,3V lub 5V z portu USB, oczywiście jeżeli nie zależy nam na izolacji. 3,3V dostarcza sam układ FTDI. Druga zworka służy do połączenia masy komputera z łączonym układem. Izolowana przetwornica napięcia dc/dc z tej samej rodziny była strasznie droga, stąd zworki. Wyprowadzone są tylko linie TX i RX.
    Albo wóz, albo przewóz. Albo dajesz przetwornicę albo usuwasz zworkę, bo moim zdaniem układ jest dość "niebezpieczny" przez tę możliwość podłączenia pod USB.

  • #7 27 Gru 2012 00:16
    r06ert
    Poziom 25  

    Szymon Tarnowski napisał:
    Albo wóz, albo przewóz. Albo dajesz przetwornicę albo usuwasz zworkę, bo moim zdaniem układ jest dość "niebezpieczny" przez tę możliwość podłączenia pod USB.


    Więc niestety ktoś kto pracuje z układami pracującymi z napięciami 230V powinien mieć doświadczenie i wyobraźnie. ...nie jest to urządzenie dla zwykłych nierozgarniętych ludzi no i tego nie przeskoczymy niestety. Sam doświadczyłem błędu wynikającego z podania napięcia sieci 230V na port USB. Na szczęście poszła tylko właśnie przejściówka, programator i hub USB do którego były te urządzenia podpięte. Winna była zła organizacja pracy i stanowiska.

    Budowałem już wiele przejściówek, ale każdej czegoś brakowało. ;) Ta miała mieć cechy wszystkich poprzednich, przy zachowaniu w miarę niskiej ceny niestety. To co prezentuje jest połączaniem mojego doświadczenia w uruchamianiu różnego typu układów mikroprocesorowych i tego czego mi zawsze brakowało w przejściówkach UART-USB których używałem do tej pory. :)

    Wcześniej przeprowadzałem eksperymenty na transoptorach, ale nie udało się uzyskać większej prędkości jak ok. 57kbps. Na ADUMie i FTDI wyciągnąłem 0,5Mbps - ograniczaniem był procesor który już więcej nie wyciągał. ADUMy są w miarę popularne. Ja swoje kupiłem w TME, ale w innych sklepach też je widziałem.

  • #8 27 Gru 2012 11:33
    gbd.reg
    Poziom 20  

    Pobieranie 3v3 z FTDI do zasilenia układu to OGROMNA POMYŁKA! To wyjście ma wydajność kilkudziesięciu mA, jest tam tylko do wygodnego wyboru poziomów napięć na liniach RS232, do niczego więcej nie powinno służyć, bo po prostu się nie nadaje. Na pewno dużo z tego nie zasilisz, a możesz układ FTDI upalić przypadkiem.

  • #9 27 Gru 2012 12:11
    r06ert
    Poziom 25  

    gbd.reg napisał:
    Pobieranie 3v3 z FTDI do zasilenia układu to OGROMNA POMYŁKA!

    Znam ograniczenia wbudowanego LDO w ten układ FTDI i świadomie go wykorzystuje. Już nie jeden mój układ pobiera zasilanie 3,3V z tego pinu i wszystko działa do dzisiaj :)

    Może posłuże się cytatem z noty katalogowej (Tabela "Table 3.2 Power and Ground Group" na stronie 8):
    Cytat:
    +3.3V output from integrated LDO regulator. This pin should be decoupled to
    ground using a 100nF capacitor. The main use of this pin is to provide the internal
    +3.3V supply to the USB transceiver cell and the internal 1.5kΩ pull up resistor on
    USBDP. Up to 50mA can be drawn from this pin to power external logic if
    required. This pin can also be used to supply the VCCIO pin.


    Ponadto proszę spojrzeć na schemat: "Figure 6.4 USB Bus Powered with +3.3V or +5V External Logic Power Supply" na stronie 26.

    Czy nadal kolega uważa to za ogromną pomyłkę? ;)

  • #10 27 Gru 2012 12:42
    gbd.reg
    Poziom 20  

    Skoro jesteś tego świadomy to ok, mimo wszystko sam zawsze stosuję zewnętrzne źródło 3v3, zwykle te 50mA nie starcza. Wolałem jednak ostrzec gdyż nie wszyscy wiedzą z jakimi ograniczeniami wiąże się używanie tego wyjścia.

  • #11 27 Gru 2012 17:57
    narasta
    Poziom 21  

    Hm... Uznałem podwójne zasilanie w układzie za na tyle oczywiste, że nawet nie patrzyłem jak kolega r06ert to rozwiązał, a tu niemiła niespodzianka :/

    Myślałem, że się nauczymy czegoś ciekawego wraz z nowym projektem na forum.

    Po co więc izolowałeś ADUMem skoro nie masz odseparowanego zasilania? Nie rozumiem!

  • #12 27 Gru 2012 18:03
    gbd.reg
    Poziom 20  

    Zasilanie można odseparować zdejmując całkiem zworkę, a nie zawsze musi być odseparowane. Szkoda robić 2 przejściówki, jedna z separacją, a druga bez ale z możliwością zasilania układu z przejściówki skoro można pogodzić w jednej i zasilanie i separację i wybierać na czym nam w danej chwili zależy :)

  • #13 28 Gru 2012 04:37
    coberr
    Poziom 19  

    Niestety Twoja przejściówka leci przy JAKICHKOLWIEK testach napięciowych (wytrzymałość izolacji).

    Nie wiem - dlaczego ludzie nie zwracaja uwagi na rozmieszczenie ściezek?

  • #14 28 Gru 2012 09:49
    r06ert
    Poziom 25  

    PCB jest zaprojektowane tak, że ma wytrzymać różnicę potencjału jaki panuje na komputerze a różnicę jaka wystąpi w urządzeniu, czyli nie więcej niż te230V wartości skutecznej. Bardzo możliwe że nie przejdzie testów wytrzymałości izolacji, ale nie jest to urządzenie ogólnodostępne i założenia takie nie miało być. Tak więc istnieje pewne ryzyko. Zgadza się.

    Nie jestem dokładnie teraz w stanie odpowiedzieć Tobie Jaki powinien być odstęp powierzchniowy miedzy ścieżkami z potencjałem sieci a ścieżkami z napięciem bezpiecznym. Nie pamiętam już czy to jest 2,3 czy 4mm dla 230V AC. Tyle tylko że te unormowane odległości przewidują że urządzenie może pracować w trudnych warunkach, osiąść na nim kurz czy inny syf który w pewnych warunkach może zacząć przewodzić prąd elektryczny. U mnie minimalna odległość wynosi 2mm (pady pod goldpinami).

  • #15 28 Gru 2012 14:19
    coberr
    Poziom 19  

    No własnie o te gold piny mnie chodzi :)

    W takim razie projektuj zawsze tak, aby urzadzenie wytrzymało chociaż te 2,5kV DC bez względu (prawie ) na warunki.....

    W przypadku, gdy gdzies obok bedą np. spawać - a Ty będziesz uruchamiał akurat swoje urzadzenie przy linii (to tylko taki jeden z gorszych przypadków) - poleci wszystko. Nie wspominajac juz o wyładowaniach atmosferycznych i przepięciach w sieci występujacych z róznych innych powodów.

    Osobiscie nie publikowałbym projektu PCB - niedoswiadczone osoby mogą go powielic- nie majac pojęcia o czyhajacych zagrozeniach :)

    Tak myślę, że ta przerwa wytrzyma stabilne warunki na linii ale przepięć już nie :)

  • #16 28 Gru 2012 15:34
    r06ert
    Poziom 25  

    Obiecuje że następne projekty tego typu - mimo że to tylko środki doraźne i narzędzia - będę projektował zwracając przykładając większą uwagę do tego typu narzędzi. :) Tym czasem przestrzegam wszystkich, że jest to ryzykowne rozwiązanie!

  • #17 28 Gru 2012 18:09
    narasta
    Poziom 21  

    Jeśli chodzi o normę to musi być co najmniej 2,5 mm pomiędzy jakimikolwiek ścieżkami po stronie wysokich napięć. Mowa oczywiście o części wysokonapięciowej. Pamiętaj, że 230VAC oznacza 326 VDC w układzie...

    Gdyby się uprzeć, to wymagany jest także milling np pomiędzy fazami oraz fazami a zerem, no ale to już inna bajka.

    Jeśli chodzi o tłumaczenie, że układ nie jest ogólnodostępny itd... Oczywiście, że jest. Każdy kto będzie potrzebował tak coś nawet nie zwróci uwagi na układ ścieżek i ściągnie pliki stąd.

    Każdy kto chce być dobrym projektantem elektroniki MUSI posiadać pewne nawyki. Gdyby nie one to wszystkie projekty, które pojawiają się np. na elektrodzie nie byłyby nic warte. A tak to jest chociaż kilka sensownych w ciągu roku.

    Sam zamówiłem wczoraj te ADUMy - będziemy testować :) Na pewno jednego poświęcę dla dobra ogółu. Trzeba będzie na nim dokonać próby napięciowej.

  • #18 28 Gru 2012 18:51
    r06ert
    Poziom 25  

    Odstępy między napięciem sieciowym a bezpiecznym są chyba co najmniej dwukrotnie większe. Te odległości można znaleźć w połowie norm dotyczących dyrektyw LVD, jak chociażby np. (PN)EN60950-1. Niestety nie mam ich pod ręką i nie mam jak przytoczyć.

  • #19 30 Gru 2012 00:42
    siejacy_zamet
    Poziom 12  

    Odległości zależą od przeznaczenia urządzenia. Jest mnóstwo tabelek (w normach oczywiście) opisujących odległości w zależności od klasyfikacji urządzenia, stopnia zanieczyszczenia, wymaganej ochrony życia ludzkiego, itp.
    Jak widzę, kolega wykonał płytkę z odstępami ok 1mm między stroną pierwotną i wtórną oraz dodał możliwość zwarcia obydwu obwodów, co nie kwalifikuje urządzenia pod żadną z reguł bezpieczeństwa poruszonych przez komentujących forumowiczów.
    Z mojego punktu widzenia płytka ma bardzo ograniczoną użyteczność. Przy korzystaniu z niej należy bardzo uważać co się do niej podłącza i jaka jest aktualna konfiguracja zworek. Jest to sprawa autora, czym posługuje się w swoim warsztacie, ja natomiast nie polecam powielania tego projektu.

    Według mnie taka przejściówka izolująca powinna być wykonana trzymając się poniższych punktów:
    1. PCB powinno być zaprojektowane pod konkretną, niewielką obudowę. Z wieloletniej praktyki wiem, że nic tak nie irytuje jak zwarcie spowodowane przypadkowym przedmiotem, których zazwyczaj w zasięgu nie brakuje. Zwłaszcza, gdy zajmujemy się głównym projektem, a przejściówkę na chwilkę spuścimy z oka. Proponuję coś taniego, np. z Kradexu.
    2. Izolacja sygnałów na ADUM1200 lub ADUM1201, ale tylko wtedy, gdy przejściówka nie jest narażona na silne pola magnetyczne. Przypuszczam, że w przypadku takowych FTDI odmówi posługi zanim zauważymy to na ADUMach. Miałem już przykre przejścia z izolatorami magnetycznymi od Avago, te od Analoga są bardziej wytrzymałe, ale nic tak nie działa, jak szybkie transoptory, chociażby poczciwe 6N136.
    3. Izolacja zasilania. Może być łatwo zrobiona przy użyciu scalonej izolowanej przetworniczki, bądź transformatora sygnałowego (Murata, Halo) i drivera, np. MAX253.
    4. Odległość izolacyjna na płytce powinna wynosić przynajmniej tyle, ile odległość pomiędzy rzędami nóżek ADUMów - w obudowie SO8 jest to około 3mm. Jeśli potrzebna jest lepsza izolacja, to trzeba zastosować bardziej wytrzymałe transoptory i transformator.
    W skrajnym przypadku można przejść na światłowody, np. na tanie, plastikowe, przemysłowe na 650nm. Mają tą zaletę, że transmisję widać gołym okiem - wystarczy skierować światłowód na rękę (broń Boże na oko!). Popełniłem raz takie narzędzie do pracy, działa bardzo dobrze, a metr światłowodu zapewnia wystarczającą izolację jak na zabawy prądem w biurze.