USBコネクタシールドの接続方法

PCBにUSBコネクタシールドを配線する方法は？USBが配置されている場所でGNDプレーンに接続する必要がありますか、またはシールドをGNDから絶縁する必要がありますか、またはESD保護チップ、高抵抗抵抗器またはヒューズを介してグランドに接続する必要がありますか？

PS。シールド接続を回路図に配置する必要がありますか、それともPCBに配線するだけですか？

シールドが効果的であるためには、シールドグランドへの可能な限り低インピーダンスの接続が必要です。私は、抵抗器を推奨するか、それをまったくグランドに接続しないか、デジタルロジックグランドについて厳密に話し、別のシールドグランドがあると仮定しています。金属製の筐体がある場合、これがシールドアースになります。ある時点で、デジタルグランドをシールドグランドに接続する必要があります。EMIの理由から、この単一ポイントはI / Oエリアの近くにある必要があります。つまり、USBコネクタと他のI / Oコネクタをボードの1つのセクションの周りに配置し、その場所でシールドをロジックグランドポイントに配置するのが最適であることを意味します。開口部のない頑丈な金属製の筐体を使用している場合、単一ポイントのルールにはいくつかの例外があります。たとえば、複数の接続ポイントが役立つ場合があります。とにかく、シールドと回路のグランド接続では、抵抗またはコンデンサ（または両方）の使用を推奨する人もいますが、これを行う合理的な理由はめったにありません。コモンモードノイズの経路を提供するために、2つの間の低インダクタンス接続が必要です。なぜ寄生容量を介してノイズを迂回させるのか（例えば、環境に放射する）？このような戦術に通常与えられる唯一の理由は、グラウンドループを防ぐことですが、USBについて話しているので、ほとんどのUSBアプリケーションではグラウンドループはほとんど問題になりません。確かに、そのような戦術はグラウンドループを防止しますが、効果のないものを除いてすべてシールドを無効にします。コモンモードノイズの経路を提供するために、2つの間の低インダクタンス接続が必要です。なぜ寄生容量を介してノイズを迂回させるのか（例えば、環境に放射する）？このような戦術に通常与えられる唯一の理由は、グラウンドループを防ぐことですが、USBについて話しているので、ほとんどのUSBアプリケーションではグラウンドループはほとんど問題になりません。確かに、そのような戦術はグラウンドループを防止しますが、効果のないものを除いてすべてシールドを無効にします。コモンモードノイズの経路を提供するために、2つの間の低インダクタンス接続が必要です。なぜ寄生容量を介してノイズを迂回させるのか（例えば、環境に放射する）？このような戦術に通常与えられる唯一の理由は、グラウンドループを防ぐことですが、USBについて話しているので、ほとんどのUSBアプリケーションではグラウンドループはほとんど問題になりません。確かに、そのような戦術はグラウンドループを防止しますが、効果のないものを除いてすべてシールドを無効にします。

Herny Ottは、彼の著書「電磁環境適合性エンジニアリング」でこれについて説明しています。大きな絵からそれを見る必要があります。IE、シールドは何をしていますか？

低周波信号の場合、シールドは転送される信号を保護するために使用されます。電力線/ AM / FMラジオ信号が通常の動作に干渉するため、信号に結合するのを避ける必要があります。したがって、両端をGNDに接続しないでください。グランドループは小さなノイズを信号に結合させるため、グランドループを破壊する必要があります。これは、シールドをぶら下げたままにするという意味ではありません。ケーブルのシールドをエンクロージャーに接続する必要があり、必要に応じて（同軸の場合など）、回路のグランドをこの同じポイントに接続できます。上記の理由により、低周波数では可能な限り単一点接地を使用します。

ただし、高周波信号の場合は逆です。それらは通常、非常に高い周波数のデジタル信号です。たとえ何らかのノイズが結合したとしても、電子機器のデジタル性とフィルタリングは、通常の動作を容易に維持するはずです。データ信号の放射を低減したいのですが、放射から保護したいわけではありません。このため、両端のシールドに最低インピーダンスのパスを接続する必要があります。はい、グランドループがあり、ノイズが結合されますが、それは問題ではありません。高周波の場合、多点接地が優先されます。

USBチップの製造元が使用すべきものを指定しているかどうかを確認します。サイプレスは、シールドをグランドに接続する1M抵抗と4.7nfキャップを推奨していると確信しています。2つのシールド穴は、非常に大きなトレースで接続する必要があります（100ミルを提案したと思いますか？）

4抵抗を介してSHIELD接続をGNDに接続します。これはそれを分離するのに役立ち、EMIとRFIの放出を減らします。この抵抗はUSBコネクタの近くに置いてください。正しい値を取得するには、いくつかの実験が必要になる場合があります。

5 VCCプレーンに隣接する信号層のUSBシールドに、USBヘッダー以下のプレーンを提供します。

http://www.cypress.com/?docID=4398

フルスピードデバイスのEMIコンプライアンスの主な課題は、高周波エネルギーがシールドに結合するのを防ぐことです。

フルスピードのデバイスはシールドケーブルを使用しているため、コネクタシェルをグランドプレーンに接続する必要があります。グランドプレーンは、高周波では等電位面のように動作しないことに注意することが重要です。コネクタシェルのGndプレーンへの終端の位置は重要です。接地面からのノイズがシールドに結合するのを防ぐために、接地面の最も静かな領域に接続する必要があります...

http://www.ti.com/sc/docs/apps/msp/intrface/usb/emitest.pdf

等

「USBガイドライン」のGoogle

シールドは接地しないでください。もちろん、ホスト側で接地されています。

EMIが問題ではありません。ケーブルをコネクタに接続するたびに、ESD放電パルスが発生することを知っておく必要があります。これは電子機器にとって危険です。そのため、USBシールドを直接地面に接続することはありません。

私は、USBシールドをグランドプレーンに接続する33kの抵抗器を要求する設計仕様に基づいたプロジェクトを作成しました。それはアマチュア無線のためのプロジェクトだったので、便利なことに私の回路基板は敏感なEMI検出器の近くに置かれました！

私の場合、33kの抵抗を取り外し、USBシールドをPCBのグランドプレーンに直接短絡して、EMIをクリアする必要がありました。

シールドを直接グランドに接続する危険性は、2つのデバイスに異なる電位の「グランド」があり、それらのソースからの大きなDC電流能力がある場合、この接続が2つの電源システム間のヒューズとして機能することです。

コンデンサはその共振周波数でほぼ完全に短絡しており、一般にその周波数のかなり広い帯域で伝導するため、シールドグランドとシステムグランドの間のコンデンサは、しばしば必要な妥協点であることに注意してください。

私は自動車のデータバス通信を設計し、一部の規格では、1つのデバイスのみがシールドを直接グランドに接続し、残りのデバイスはこれを直列RCを介して接続する必要があります。自動車のデータバスはUSB 2.0よりもかなり低速ですが、リスクは同様です。ただし、しっかりしたシールド接続がないと、USB 3.0を正しく維持するのが難しい場合があります。それ（5〜10GHz）は、私の現在の設計経験の範囲外です。

さて、別の答えが必要だと思われるので、USBLC6などのESD保護チップを介して接地することに投票します。いくつかのプロジェクトでうまく機能しました。ESDによるコンポーネントの明らかな破壊やデータの整合性の問題はありません。STmicroelectronicsがそのようなチップを製造している場合、少なくとも少し疑わしいと感じ、抵抗、コンデンサ、または接地への短絡も同様に良好であることを認識しています。

この成功が正しいことなのか、それともただの運が悪いのかわからない。多種多様な反応を考えると、誰もそうしないと言いたくなるでしょう。

職場では、イーサネットジャックを直接グランドに接続しています。知る限り、これはイーサネットケーブルが地上信号を運ばなくても、目前の問題と同じです。それはうまくいくようで、私よりも経験のある人によって決められました。

10K〜50Kの抵抗を使用します。IIRC FTDIアプリケーションノートで33Kの値を見ました。

すべての接続を回路図に配置します。

USBデータ伝送に使用される周波数でのEMI伝送を防止するために両端を接地することを推奨するEMIおよびUSBを参照してください。

複数のボードを設計し、常にFTDIチップ（FT245R）を使用しました。データシートには、シールドをGNDに接続する必要があることが明確に示されています。PCBのグラウンドであるチップの同じGND！