Schwerpunkte

Isolatoren

Entwicklungs-Tools schützen

16. September 2019, 11:32 Uhr   |  Von Rich Miron, Applications Engineer bei Digi-Key Electronics


Fortsetzung des Artikels von Teil 3 .

Auswahl eines SWD-Isolators (Serial Wire Debug)

Analog Devices
© Bild: Analog Devices

Bild 5: Der J-Link SWD-Isolator von Segger Microcontroller Systems bietet 1000 V Isolierung zwischen einem Debug-Programmierer und dem Zielsystem.

Die teuersten Entwicklungs-Tools, die ein Entwickler von Embedded Software nutzt, verfügen typischerweise über eine Debug-Sonde, die mehrere tausend Euro kosten kann. Daher sollte der Entwickler keine unnötigen Risiken eingehen, auch wenn die Wahrscheinlichkeit, dass bei den Programmierungsleitungen etwas schief geht, relativ gering ist.

Ein Entwickler kann eine eigene Isolations­lösung zum Schutz aller SWD-Leitungen entwickeln, aber das ist zeitaufwändig und teuer. Stattdessen steht mit dem J-Link SWD-Isolator von Segger Microcontroller Systems eine einfache Lösung zur Verfügung (Bild 5), der eine 1000-V-DC-Isolierung zwischen dem Emulator und der Zielhardware bietet.

Aries Electronics
© Bild: Aries Electronics

Bild 6: Die LCQT-SOIC8-8 von Aries Electronics ist eine Breakout-Karte für einen SOIC-8-Chip, die bereits über Jumper verfügt und mit der sich schnell eine Verbindung mit einem Zielgerät aufbauen lässt.

Auswahl und Aufbau
eines UART-Isolators

Viele Entwickler meinen, die Isolierung eines kleinen UART sei reine Zeit- und Geldverschwendung, denn ein so preisgünstiges Tool wie die USB-zu-Seriell-Breakout-Karte BOB-12731 von SparkFun Electronics kann pro­blemlos ersetzt werden. Doch falls wirklich etwas passiert, können auf der anderen Seite schnell Kosten von mehreren tausend Dollar bei der Computertechnik entstehen. Daher lohnt sich der zusätzliche Aufwand an Zeit und Geld durchaus.

Die Zusammenstellung einer UART-Schutzschaltung ist einfach; ähnliche Schritte können auch befolgt werden, um andere Busschnittstellen zu schützen. Zunächst muss ein Isolator ausgewählt werden. Hier ist der oben erwähnte ADUM3211 eine gute Wahl, weil er zwei High-Speed-Isolationskanäle bietet, die in beide Richtungen arbeiten. Damit eignet er sich perfekt für die Tx/Rx-Leitungen eines UART, die oft direkt nebeneinander liegen.

Sobald der Isolator ausgewählt ist, kann sich der Entwickler eine Breakout-Karte besorgen, zum Beispiel die LCQT-SOIC8-8 von Aries Electronics (Bild 6). Sie verfügt bereits über Steckleisten und kann problemlos auf den BOB-12731 gelötet werden.

Beim Löten des Isolators auf die Karte und dann an den UART-Adapter muss unbedingt auf die korrekte Anordnung der Spannungs- und Massepins geachtet werden. Bei fehlerhafter Anordnung wird der Isolator nicht mit Strom versorgt. Es muss auch auf die richtige Richtung des Isolatorkanals geachtet werden. Wenn die Breakout-Platte oder der Isolator nicht richtig angeordnet sind, kann eine maßgeschneiderte Platine erforderlich werden (Bild 7).

Beningo Embedded Group
© Bild: Beningo Embedded Group

Bild 7: Eine zusammengebaute UART-Isolatorschaltung, die mit dem USB-zu-UART-Wandler verbunden ist, ermöglicht eine maßgeschneiderte isolierte Kommunikation mit dem Zielgerät.

Nach dem Zusammenbau liefert der USB-zu-UART-Wandler den Strom für die Tool-Seite des Isolators, während das Zielgerät die Stromversorgung der Zielseite übernimmt. Das Ergebnis: ein isoliertes bidirektionales UART-Tool, das vor bis zu 2500 Volt geschützt ist.

Tipps und Tricks für die Isolation
von Entwicklungs-Tools

Es gibt zahlreiche Techniken und Isolationsschnittstellen, die zum Schutz von Entwicklungs-Tools verwendet werden können. Hier einige Tipps und Tricks zum Schutz dieser Investitionen:

  • Studieren Sie das Datenblatt, und vergewissern Sie sich, dass die Spezifikation der Spannungsisolation Ihren Anforderungen entspricht.
  • Machen Sie sich mit den verschiedenen Isolationsmechanismen vertraut und achten Sie darauf, die richtige Technologie für die jeweilige Anwendung auszuwählen.
  • Isolieren Sie alle Busse oder Schnittstellen mit direkter Rückverbindung zum USB-Anschluss an einem Laptop: Sie sind potenziell schädliche Massewege.
  • Setzen Sie zur Einsparung von Entwicklungszeit und -kosten vorhandene Entwicklungskits für den ausgewählten Isolator ein oder nutzen Sie Breakout-Platten.
  • Schützen Sie einen professionellen Debugger durch Verwendung eines SWD-Isolators.
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1. Entwicklungs-Tools schützen
2. Auswahl eines I2C-Isolators
3. Auswahl eines SPI-Isolators
4. Auswahl eines SWD-Isolators (Serial Wire Debug)

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