Wenn an einen PC angeschlossene Peripherie nicht oder nicht richtig funktioniert, ist (neben dem bloßen Umstecken und Ausprobieren an anderen PCs) die ursächliche Fehleranalyse an diesem USB-Anschluss die aufschlussreichere Alternative. Mit dem hier vorgestellten kleinen Adapter kann man einen Oszilloskop-Tastkop in die USB-Verbindung einschleifen. So lassen sich Ströme messen, aber auch die USB-Kommunikation sichtbar machen.
 

Im Folgenden wird ein kleines hilfreiches Tool für Messungen an einer USB-2.0-Verbindung beschrieben. Seine Features:

  • Statische und dynamische Messung des Versorgungsstroms angeschlossener Geräte.
  • Peripherie-Geräte können direkt vom Messadapter versorgt werden.
  • Einfache Messung der Signalqualität der High-Speed-Datenleitungen.
  • Zwei LEDs indizieren die 5-V-Versorgung von PC und Peripheriegerät.
 
Bild 1. Die Schaltung des USB-Messadapters ist ziemlich übersichtlich.

Schaltung

Bild 1 zeigt die ziemlich überschaubare Schaltung, und in Bild 2 ist das recht kompakte Layout dieser Adapterplatine zu sehen, dessen Layout-Dateien unter abrufbar sind. Bei der bestückten Platine von Bild 3 fehlt noch D1. Der PC wird an J1, einer USB-Buchse des Typs B mit einem entsprechenden Kabel (USB-A auf USB-B) angeschlossen. An J2, einer USB-Buchse des Typs A, wird das Peripheriegerät angeschlossen.

Bild 2. Das Layout der kompakten Platine.

Der fließende Strom wird als Spannungsabfall am Shunt-Widerstand R3 via JP3 erfasst. Statisch kann man den Strom mit einem Multimeter (typischerweise im mV-Bereich) messen. Geht es um schnelle Stromänderungen, schließt man besser ein Oszilloskop an JP3 an. Am besten eignet sich hierfür ein expliziter Stromtastkopf. In Elektor wurden von mir schon zwei Varianten solcher Tastköpfe beschrieben a>, welche die Messung schneller Signale sogar potentialfrei erlauben.

Bild 3. Die bestückte Platine des USB-Messadapters.

Die Belegung von JP3 erlaubt das direkte Aufstecken dieser Tastköpfe. Bild 4 zeigt den USB-Messadapter mit aufgestecktem Stromtastkopf 2.0. In Bild 5 ist der Stromverlauf eines USB-Dongles mit WLAN-Fähigkeiten zu sehen, der regelmäßig hohe Ströme zieht und so manch schwaches 5-V-Steckernetzteil zum Abschalten brachte.

Bild 4. Der USB-Messadapter mit aufgestecktem Stromtastkopf.

Der Jumper JP1 erlaubt das Auftrennen der 5-V-Verbindung zwischen Host an J1 und Peripherie an J2. An X1 kann in diesem Fall die Versorgung für das Peripheriegerät von einem externen (Labor-)Netzteil eingespeist werden. Das ist für all die Fälle sinnvoll, wo die angeschlossene Peripherie den maximalen Strom des versorgenden PCs überfordern könnte. Ein USB-2.0-Anschluss eines PCs ist ja bekanntlich auf maximal 500 mA begrenzt, was alleine schon zu Instabilitäten externer Peripherie führen kann.

Bild 5. Der Stromverlauf eines Peripheriegeräts mit pulsförmig hoher Stromaufnahme.

Die Z-Diode D1 verhindert nicht nur zu hohe Spannungen (die sie unter Umständen mit Durchbrennen quittiert), sondern schützt mit ihrer antiparallelen Diode auch gegen eine Verpolung. Beides ist nur ein notdürftiger Schutz, der höchstens kurzfristig wirkt. Insbesondere beim Anschluss eines Labornetzteils ist zu beachten, dass die eingestellte Spannung unter der Z-Spannung von D1 bleibt. Die beiden LEDs LED1 und LED2 indizieren das Vorhandensein der 5-V-Versorgung auf Host- und Peripherieseite.

Bild 6. Der USB-Messadapter mit aufgestecktem
High-Speed-Tastkopf.

Datensignale

Möchte man auch die Datensignale beziehungsweise deren Qualität beurteilen, empfiehlt sich der Anschluss eines schnellen Oszilloskops mit geeignetem Tastkopf an JP2. Auch hierfür wurde schon ein aktiver, differentieller High-Speed-Tastkopfes von mir in Elektor beschrieben . Bild 6 zeigt diesen Tastkopf aufgesteckt auf den USB-Messadapter. In Bild 7 kann man die Datensignale auf einem 350-MHz-Oszilloskop betrachten.

Bild 7. Der Spannungsverlauf eines USB-Datensignals.

Selbstverständlich kann man den USB-Messadapter nicht nur an USB 2.0 verwenden, sondern ihn auch für langsamere Peripherie einsetzen und damit USB-1.0- und USB-1.1-Signale messen. Beim Autor sind übrigens noch einige Leerplatinen erhältlich.

Anmerkung der Redaktion: Der vollständige Artikel (240175-02) ist in der Elektor zu finden Circuit Special 2025.

Fragen oder Kommentare?

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