Galvanisch Isolierter USB Hub

Isolated USB Hub

Beim Bau meiner Küchenlampe ist mir leider ein gravierender Fehler unterlaufen.

 

Der Aufbau war wie folgt:

  • Platine war im Brett
  • USB-Debugger war eingestecket
  • Netzteil war eingesteckt
  • Ich war müde

Nun habe ich den PC heruntergefahren. Mein Mainboard ist so eingstellt, dass es die USB Spannung beim Abschalten des Computers trennt. Aber die 5V vom Netzteil der Platine war weiterhin vorhanden und so floss der Strom gemütlich durch den Debugger in den Computer. Soweit ist das eigentlich noch kein Problem, aber auf dauer wurde es dem kleinen Linearregler wohl zu viel und er hat die Grätsche gemacht. Statt dass das dumme Ding einfach kaputt geht schaltet es die Eingangsspannung auf die Ausgangsspannung durch.

Es folgt also, dass die 12V vom Steckernetzteil nun direkt auf das 5V Potenzial der Platine durchgereicht wurden. Der Mikrocontroller nahm das gar nicht gelassen und verabschiedete sich mit Rauch.

- Man muss dazu sagen, dass es wohl einige Zeit gedauert hat, bis der Linearregler durchlegierte, da ich erstmal nichts bemerkte - zumindest bis zum nächsten Tag -

Das problematische ist aber eher, dass besagte 12V sich nun auch ihren Weg durch den Debugger in den USB-Port meines Computers bahnten.

 

Debugger und USB erstaunlich stabil

Das Ende vom Lied war, dass der Debugger auf wundersame Weise überlebt hat. Genauso wie der USB-Hostcontroller in meinem PC. Andere Peripherieeinheiten im PC waren aber nicht so robust gebaut. Das merkte ich am nächsten Tag als die Soundkarte ständig meldete:

> Kopfhörer Eingesteckt

> Kopfhörer Ausgesteckt

> Kopfhörer Eingsteckt

> Kopf... usw. usf.

Also kurz die Boxen eingeschaltet und der Verdacht bestätigte sich durch wildes Rauschen. Es hatte mir die Soundkarte gebrutzelt.

Es muss doch was geben um sowas zu verhindern?!

Also beschloss ich, um mich vor solchen Fehler zu schützen, einen USB-Isolator anzuschaffen.

Nun, wer schonmal nach den Teilen geschaut hat wird feststellen dass die Teile ganz schön teuer sind.

Außerdem fände ich es praktisch, wenn ich nicht einen sondern mehrere galvanisch getrennte USB-Anschlüsse hätte.

 

Der Selbstbau

Ich recherchierte etwas und kam zu dem Schluss, dass ich das Ding auch selbst bauen könnte.

Es sollte ein galvanisch getrennter USB Hub werden. Eine galvanische Trennung unter den USB Geräten ist nicht vorgesehen, mir reicht die Trennung vom PC, da dieser in der ganzen Kette in der Regel das wertvollste Teil ist. Außerdem ist ein USB Isolator IC auch nicht gerade billig.

Folgende Materialien habe ich verwendet:

  • TUSB2036 USB Hub
  • ADUM3160 (ADUM4160 passt auch, aber dann wird es mit dem Gehäuse eng)
  • Mini USB-B
  • 2x USB - A
  • DCDC Wandler Mornsun B0505S-1W
  • diverses Hühnerfutter (Quarz, Widerstände, Kondensatoren)

Ich habe einen Schaltplan und ein Layout für einen 2 Port USB-Hub erstellt und die Platine fertigen lassen.

 

 

Leider ergaben sich zwei kleine Fehler. Ich hatte in einer vorherigen Version den Schirm der USB-Buchsen auf ihr jeweiliges Ground gelegt. Später kam mir dann, dass wenn ich ein Aluminiumgehäuse verwenden würde, dass dieses meine so mühevoll getrennten GNDs wieder miteinander verbindet. Also habe ich dies wieder entfernt, und gleichzeitig auch die Masseverbindung für USB-B. Aber dies kann mit einem Stück draht gefixt werden.

Als weiteres stellte ich fest, dass am Resetpin des TUSB2036 ein Kondensator rangehört, aber auch dies ließ sich sehr leicht lösen, da zwischen Resetwiderstand R5 und Kondenator C11 genau so viel Platz ist, dass man da noch einen Kondensator zwischen löten kann.

 

Nun folgen noch Bilder von der Platine.

 

Leere Platine

[Leere Platine.]

 

IMG 20160415 160604

[Vollbestückte Platine.]

 

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[Nahaufnahme des Resetkondensators ( im Bild oben noch nicht eingelötet ).]

 

IMG 20160415 160646

[Platinenrückseite. Unten die fehlende Leitbahn ergänzt.]

 

Die Bauteilekosten belaufen sich etwa auf 15€. Das teuerste daran ist der ADUM USB Isolator.

Die Platine passt in ein Fischer Gehäuse, Bilder dazu folgen noch.

 

An alle interessierten Nachbauer

Ich habe noch Platinen übrig. Diese können bei mir zu 5€ inkl. Versand innerhalb Deutschlands erworben werden. Bei Interesse meldet euch einfach.

 

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