Отдел продаж

Телефоны: (3532) 25-27-22, 93-60-02, 93-50-02

E-mail: [email protected]

г.Оренбург, ул.Беляевская, д.50/1, стр.1

 

Разное

Vbus что это: Vbus что это такое на распиновке

Содержание

Vbus что это такое на распиновке

Немного истории появления USB

Разработка универсальной последовательной шины или USB началась в 1994 году американским инженером индийского происхождения компании Intel Аджай Бхаттом и руководимым им подразделением из специалистов ведущих компьютерных компаний под названием USB-IF (USB Implementers Forum, Inc). В компанию разработчиков порта вошли представители Intel, Compaq, Microsoft, Apple, LSI и Hewlett-Packard. Перед разработчиками стояла задача изобрести универсальный для большинства устройств порт, работающий по принципу Plug&Play (Соедини и Играй), когда устройство после подключения к компьютеру либо начинало работать сразу, либо запускалось после установки необходимого программного обеспечения (драйверов). Новый принцип должен заменить LPT и COM порт, при этом скорость передачи данных должна быть не ниже 115 кбит/с. Кроме того, порт должен был быть параллельным, для организации подключения к нему нескольких источников, а так же позволять использовать подключение устройств на «горячую» без выключения или перезагрузки ПЭВМ.

Первый непромышленный образец USB порта под кодовым индексом 1.0 с возможностью передачи данных до 12 мбит/с. был представлен в конце 1995 – начале 1996 годов. В середине 1998 года порт был доработан автоматическим поддержанием скорости для стабильного соединения и мог работать на скорости 1,5 мбит/с. Его модификация стала USB 1.1. Начиная с середины 1997 года, были выпущены первые материнские платы и устройства с этим разъемом. В 2000 году появился USB 2.0, поддерживающий скорость 480 мбит/сек. Основной принцип разработки – возможность подключения к порту старых устройств на основе USB 1.1. В это же время появляется первая флешка на 8 мегабайт под этот порт. 2008 год с доработками контроллера USB по скорости и мощности ознаменовался выходом 3-й версии порта, с поддержкой передачи данных на скорости до 4,8 Гбит/сек.

Основные понятия и сокращения, применяемые при распиновке USB разъемов

VCC (Voltage at the Common Collector) или Vbus – контакт положительного потенциала источника питания. Для USB устройств составляет +5 Вольт. В радиоэлектрических схемах данная аббревиатура соответствует напряжению питания биполярных NPN и PNP транзисторов.

GND (Ground) или GND_DRAIN – минусовой контакт питания. В аппаратуре (в том числе и материнских платах) соединен с корпусом для защиты от статического электричества и источника внешних электромагнитных помех.

D- (Data -) – информационный контакт с нулевым потенциалом, относительно которого происходит передача данных.

D+ (Data +) – информационный контакт с логической «1», необходимый для передачи данных от хоста (ПЭВМ) к устройству и наоборот. Физически, процесс представляет собой передачу положительных прямоугольных импульсов разной скважности и амплитудой +5 Вольт.

Male – штекер разъема USB, в народе именуемый, как «папа».

Female – гнездо разъема USB или «мама».

Series A, Series B, mini USB, micro-A, micro-B, USB 3.0 – различные модификации разъемов USB устройств.

RX (receive) – прием данных.

TX (transmit) – передача данных.

-StdA_SSRX – отрицательный контакт для приема данных в USB 3.0 в режиме SuperSpeed.

+StdA_SSRX – положительный контакт для приема данных в USB 3.0 в режиме SuperSpeed.

-StdA_SSTX – отрицательный контакт для передачи данных в USB 3.0 в режиме SuperSpeed.

+StdA_SSTX – положительный контакт для передачи данных в USB 3.0 в режиме SuperSpeed.

DPWR – разъем дополнительного питания для устройств USB 3.0.

Распиновка USB разъема

Для спецификаций 1.x и 2.0 распиновкаUSB разъема идентична.

Как видим из рисунка на 1 и 4 ноге присутствует напряжение питания периферии подключаемого устройства, а по контактам 2 и 3 происходит передача информационных данных. В случае использования пятиконтакного разъема micro-USB, то следует руководствоваться следующим рисунком.

Как видим, использование 4 вывода в стандартной спецификации не предусмотрено. Однако, иногда 4 контакт применяется для подачи положительного питания на устройство. Чаще всего, это энергоемкие потребители с током, стремящимся к предельно допустимому для разъема USB 2.0, о чем будет сказано ниже. Согласно стандарту, каждый провод имеет свой цвет. Так плюсовой контакт питания соединен красным проводом, минусовой – черным, сигнал data- идет по белому, а положительный информационный сигнал data+ по зеленому. Кроме того, для защиты устройств от внешнего влияния качественные кабеля используют экранирование металлических частей разъемов посредством замыкания внешней металлизированной оплетки кабеля на корпус. Другими словами, экран кабеля может соединяться с минусом питания разъема (но это условие не обязательное). Использование экрана позволяет улучшить стабильность передачи данных, увеличить скорость и применить большую длину кабеля к устройству.

В случае применения micro-USB – OTG кабеля к планшету, 4-й неиспользуемый контакт соединяется с минусовым проводом. Схема кабеля наглядно представлена рисунком с 4pda.ru. В данном случае категорически запрещено подавать положительное питание на 4-й контакт разъема, что влечет за собой выход из строя либо контроллера USB порта, либо поломку контроллера OTG!

Что касается спецификации USB 2.0 разъема, то ниже представлена таблица основных характеристик.

Режим Скорость обмена Максимальный ток Амплитуда импульсов по шине Data+ и Data-
Низкоскоростной режим с малым потреблением тока (low speed) 1,5 Mb/s(192 KB/s) 100 mA 4.40V – 5.25V
Высокоскоростной режим с малым потреблением тока (Full speed) 12 Mb/s (1,5 MB/s) 100 mA 4.40V – 5.25V
Высокоскоростной режим с большим потреблением тока (High speed) 480 Mb/s (60 MB/s) 500 mA 4.75V – 5.25V
Значение тока в автономном режиме, mA 100 mA
Работа на холостом ходу (без подключения устройств) 500uA

Так же спецификация указывает, что для фильтрации полезного сигнала максимальная емкость между информационной шиной Data и отрицательным контактом питания (массой) допускается применение емкости номиналом до 10uF (минимум 1uF). Больше номинал конденсатора использовать не рекомендуется, поскольку на скоростях, близких к максимальным, происходит затягивание фронтов импульсов, что приводит к потере скоростных характеристик USB порта.

При подключении внешних разъемов USB портов к материнской плате стоит особое внимание уделить к правильности соединения проводов, поскольку не так страшно перепутать информационные сигналы Data – и Data+, сколько опасно поменять местами питающие провода. В этом случае из опыта ремонта электронного оборудования чаще приходит в негодность подключаемое устройство! Схему соединений необходимо смотреть в инструкции к материнской плате.

Остается добавить, что для реализации кабелей подключаемых устройств разъема USB 2.0 утвержден стандарт сечений каждого провода в шнуре.

AWG Максимальная длина Диаметр, мм. Сечение , мм2
28 0,81 м. 0,321 0,081
26 1,31 м. 0,405 0,128
24 2,08 м. 0,511 0,205
22 3,33 м. 0,644 0,325
20 5,00 м. 0,812 0,517

В качестве AWG выступает американская система маркировки сечения провода.

Теперь перейдем к рассмотрению порта USB 3.0

Вторым названием USB 3.0 порта есть USB Super Speed, за счет возросшей скорости передачи данных до 5 Гб/сек. Для увеличения скоростных показателей инженеры применили полнодуплексную (двупроводную) передачу, как отправленных данных, так и принимаемых. За счет этого в разъеме появилось 4 дополнительных контакта -/+ StdA_SSRX и -/+StdA_SSTX. Кроме того, возросшие скорости потребовали применения нового типа контроллера с большим энергопотреблением, что привело к необходимости использования дополнительных контактов питания в USB 3.0 разъеме (DPWR и DGND). Новый тип разъема стал именоваться, как USB Powered B. В отступлении скажем, что первые китайские флешки под этот разъем были выполнены в корпусах без учета тепловых характеристик их контроллеров и, как результат, сильно грелись и выходили из строя.

Практическая реализация USB 3.0 порта позволила достигнуть скорости обмена данными на уровне 380Мбайт/cек. Для сравнения порт SATA II (подключение жестких дисков) способен передавать данные на скорости 250Мбайт/cек. Применение дополнительного питания позволило использовать на гнезде устройства с максимальным потреблением тока до 900mA. Так может подключиться либо одно устройство, либо до 6 гаджетов с потреблением по 150mA. При этом минимальное напряжение работы подключаемого устройства может снижаться до 4V. В следствие увеличения мощности разъема инженерам пришлось ограничить длину USB 3.0 кабеля до 3м., что является несомненным минусом данного порта. Ниже мы приводим стандартную спецификацию порта USB 3.0

Режим Скорость обмена Максимальный ток Амплитуда импульсов по шине Data+ и Data-
Высокоскоростной режим (Super speed) 4,8 Gb/s (600 MB/s) 900 mA 4.00V – 5.25V
Значение тока в автономном режиме, mA 150 mA
Работа на холостом ходу (без подключения устройств) 2.5mA

Распиновка USB 3.0 разъема выглядит следующим образом:

№ конт. Назначение Цвет провода
1 Vbus Красный
2 D- Белый
3 D+ Зеленый
4 GND Черный
5 StdA_SSTX- Голубой
6 StdA_SSTX+ Желтый
7 GND_DRAIN Масса
8 StdA_SSRX- Сиреневый
9 StdA_SSRX+ Оранжевый
Shell Экранирование Экран
№ конт. Назначение Цвет провода
1 Vbus Красный
2 D- Белый
3 D+ Зеленый
4 GND Черный
5 StdA_SSTX- Сиреневый
6 StdA_SSTX+ Желтый
7 GND_DRAIN Масса
8 StdA_SSRX- Сиреневый
9 StdA_SSRX+ Оранжевый
10 DPWR Красный
Shell Экранирование Экран
11 ЭGND_D Масса питания
№ конт. Назначение Цвет провода
1 Vbus Красный
2 D- Белый
3 D+ Зеленый
4 ID Не используется
5 GND Черный
6 StdA_SSTX- Голубой
7 StdA_SSTX+ Желтый
8 GND_D Масса питания
9 StdA_SSRX- Сиреневый
10 StdA_SSRX+ Оранжевый
Shell Экранирование Экран

Полной программной поддержкой спецификации USB 3.0 обладает операционная система начиная с Windows 8, MacBook Air и MacBook Pro последних версий и Linux с версии ядра 2.6.31. За счет применения в разъеме USB 3.0 Powered-B двух дополнительных контактов питания, возможно подключение устройств с нагрузочной способностью до 1А.

Вероятнее всего, что вы уже встречались с проблемой, когда нужного переходника USB не оказывается под рукой. Случаи бывают разные: потерялся; сломался; нет в продаже; не достает по длине и т. д. Данная статья предлагает устранить эту проблему самому. Зная распиновку (распайку) контактов и имея навыки работы владеть паяльником, вы можете легко устранить данную проблему. На сегодняшний день USB, USB-mini и USB-micro являются самыми популярными коннекторами в цифровой технике. Сегодня без них не обходятся ни мобильные телефоны, ни большинство гаджетов.

Ниже приведена таблица контактов USB с назначением разъемов, их цветов и номеров.

Сразу же определимся еще с одним понятием. Существуют USB ещё одного типа. Вспоминаем как выглядит переходник от компьютера до принтера или сканера. Невооруженным глазом видно, что сами разъемы на этом переходнике разные.
Так вот, тот коннектор, который вставляется в компьютер, называется активным и обозначается А.
Тот коннектор, который вставляется в принтер или сканер, а также возможно другое периферийное устройство, называется пассивным и обозначается B.

Разберем подробнее назначение проводов

USB 2.0
1. +5В (красный) проводник, предназначенный для питания. Максимальный ток питания не превышает 500mA, напряжение +5В относительно GND (Земли).
2. D- (белый) Data —
3. D- (зеленый) Data +
4. GND (черный) — общий провод, предназначенный для Земли (0 Вольт)

Разъёмы mini-USB и micro-USB
У этих разъемов, основным отличием от USB являются не только его размеры, но и наличие дополнительного контакта.
1. Красный — VBUS.
2. Белый D- (Data -).
3. Зелёный D+ (Data +).
4. ID — в пассивных разъемах типа «B» он не задействован. В активных разъемах типа «A» он замкнут с Землей (GND), чтобы поддерживать функцию «OTG».
5. Чёрный — Земля (GND).

Еще следует отметить, что почти всегда в кабеле присутствует провод Shield (без изоляции). Он выполняет роль экрана (оплетки). Он никак не маркируется и не имеет своего номера.

Теперь еще одно понятие. Вы скорее всего наблюдали, как устроен «удлинитель» USB. Сразу заметно, что коннекторы там разные. Как и во всех других разъемах, в USB тоже существует понятие мама-папа.
M (male) — именуется штекером (папа)
F (female) — именуется гнездом (мама)

Теперь, мы подошли к полной таблице разъемов USB. Зная такие понятия, как F и M, A и B, цвета и номера проводов, мы можем с легкостью определить, как распаивается соединительный разъем, который вы собираетесь спаять, отремонтировать, удлинить. Порядок и номера контактов указаны с рабочей стороны.

Схемы коннекторов USB 2.0

Чтобы распаять USB по данной таблице, есть 2 варианта. Первый вариант — это перед коннектором поставить зеркало. Но так можно быстрее ошибиться или припаять не то, что нужно. Второй вариант — это перевернуть коннектор мысленно.

В этой статье еще не были упомянуты такие стандарты, как USB 3.0 и micro-USB 3.0. О них есть возможность узнать в статьях Распиновка USB 3.0 и соответственно Распиновка micro-USB 3.0.

Вот еще один способ пайки на случай, если у вас нет разборного коннектора USB, которые не часто, но встречаются в продаже.
Пример. У вас есть кабель USB — mini-USB. Вам нужно сделать из него кабель USB — micro-USB. Кабель micro-USB у вас тоже есть, но на другом конце не USB. В таком случае, будет целесообразнее спаять нужный кабель, соединив между собой провода.

Берем кабель USB — mini-USB. Отрезаем от него коннектор mini-USB. Отрезанный конец освобождаем от экрана. Провода 1, 2, 3, 4 зачищаем и залуживаем. Потом берем кабель, там, где у вас micro-USB. Отрезаем ненужное и тоже освобождаем от экрана, зачищаем и залуживаем. А дальше все просто. Соединяем и спаиваем красный с красным, зеленый с зеленым и т. д. Соединение изолируем по отдельности. Потом, можно воспользоваться фольгой от шоколада и замотать изолированные соединения все вместе. Полученный экран сверху замотать изолентой или скотчем, чтоб не слетал. Ну вот и все готово.

Главное — перед тем, как делать такой монтаж, нужно не забывать про распиновку пассивных (B) и активных (A) коннекторов. Поэтому, первоначально определите, какая распиновка на вашем кабеле.
Творческих успехов!

Разделы сайта

DirectAdvert NEWS

Друзья сайта

ActionTeaser NEWS

Статистика

Разъёмы USB 2.0 – распайка.

РАспайка разъемов USB 2_0

В этой статье мы хотим рассказать вам о разъемах USB 2.0, применяемых в различных электронных устройствах. Они до сих пор не потеряли своей актуальности, не смотря на выход более скоростной USB 3.0, о которой мы поговорим немного позже в следующей статье на эту тему.

Аббревиатура USB расшифровывается как Universal Serial Bus, переводится как Универсальная Последовательная Шина.
Ниже на картинке представлены разъемы USB версии 2.0 (вид со стороны рабочей части, обращаем ваше внимание, это не сторона пайки):

При распайке выберите нужный разъем, рассматривайте его в зеркальном отражении, и подпаивайте провода в соответствии с их цветом. Цвета жил кабелей описаны чуть ниже.
Как видите, в названии разъемов (USB, USB mini, USB micro) присутствуют индексы. Первая буква индекса определяет тип разъема:

● А – разъем активного питающего устройства (хост, разъем компьютера или др.)
● В – разъем пассивного устройства, подключаемого к активному (разъемы принтеров, сканеров, и т.д.)

Вторая буква индекса определяет “пол” разъема:

● М – от английского слова male – то есть штекер – то есть разъем “Папа”
● F – от английского слова female – то есть гнездо – то есть разъем “Мама”

Просто USB, mini или micro говорит нам о размере разъема. Приведем пример:

USB mini AM – это разъем типа “Папа” (штекер) для подключения к активному питающему устройству размера mini.

USB-кабель имеет 4 провода:

● 1 – Провод красного цвета – VBUS – +5 Вольт с максимальным током 0,5 Ампер.
● 2 – Провод белого цвета – D- (минус Data).
● 3 – Провод зеленого цвета – D+ (плюс Data)
● 4 – Провод черного цвета – GND – общий провод, минусовой, “земля”

Mini & Micro разъемы 5-ти контактные. Распайка следующая:

● 1 – Провод красного цвета – VBUS.
● 2 – Провод белого цвета – Data минус.
● 3 – Провод зеленого цвета – Data плюс.
● 4 – Провод голубого цвета – в разъемах с индексом “В” не задействуется, в разъемах с индексом “А” соединен с черным проводом (GND) чтобы поддерживалась функция “OTG”.
● 5 – Провод черного цвета – GND.

При разделке кабеля иногда можно встретить еще одну жилу без изоляции – Shield – оплетка, экранирующая жила, корпус. Эта жила без номера.

Распайка разъемов USB Mini и USB Micro показана на следующем рисунке:

При распайке дата-кабеля для связи мобильного телефона, смартфона или планшетника с компьютером 4-й контакт остается пустой. При распайке OTG-кабеля, например, для подключения флешки к смартфону, 4-й контакт нужно соединить с 5-м (GND).

USB-мышь. Распайка разъема:

● 1 – Провод оранжевого цвета – VBUS.
● 2 – Провод белого цвета – Data минус.
● 3 – Провод зеленого цвета – Data плюс.
● 4 – Провод черного цвета – GND.

Это стандартные цвета проводов кабеля USB-мыши, но в зависимости от производителя эти цвета могут быть отличными от вышеуказанных. Например, в мышках китайского производства типа Jusajoa X-7 многих подобных цвета проводов могут быть следующие:

● 1 – Провод оранжевого цвета – VBUS.
● 2 – Провод зеленого цвета – Data минус.
● 3 – Провод синего цвета – Data плюс.
● 4 – Провод белого цвета – GND.

Назначение выводов разъема материнской платы для кабеля USB 2.0

Выше мы упоминали о функции OTG, поэтому сейчас немного разберемся, что же это такое.

OTG расшифровывается как “On The Go”, переводится как “На ходу”, то есть это позволяет соединять посредством USB различные периферийные устройства без подключения к компьютеру. Иногда такое подключение называют USB-Host. Например, можно подключить флэш-накопитель сразу к мобильному телефону или планшету как к полноценному ПК, подключить клавиатуру или мышку к гаджету, правда если этот гаджет поддерживает это периферийное оборудование. Посредством USB-OTG можно соединить фотокамеру и фотопринтер, фотокамеру со смартфоном, мобильный телефон с принтером, и т.д.

Существует ряд ограничений по такому виду подключения:

● Устаревшие модели мобильных телефонов не поддерживают USB-OTG.
● Для подключения флэш-накопителя по USB-OTG его формат должен быть FAT32.
● Максимальный размер флэш-накопителя зависит от аппаратной возможности телефона.
● HDD – так же в FAT32, и для его питания потребуется отдельный источник.

В лавках с мобильными телефонами, смартфонами и прочими гаджетами можно найти готовые OTG-кабели, и при желании можно приобрести готовый переходник. Допустим, флэшку нужно подключить к мобильному телефону с разъемом USB micro, для этого потребуется переходник USB_AF – USB_AM micro. В разъем USB-AF подключается флэшка, а штекер разъема USB-AM micro в телефон соответственно. Внешний вид переходника OTG MICRO USB THROW OTG/USB показан на следующем изображении:

Подключение флэшки к планшету точно такое же, только вместо разъема USB micro в переходнике должен быть USB mini.

И так, вы уже поняли, что обычный USB кабель отличается от USB-OTG тем, что в обычном 4-й контакт разъема не задействован, а в OTG между 4-м и 5-м контактами установлена перемычка. Именно по наличию перемычки в USB mini или micro телефон, смартфон или планшет определяет, что вы собрались к нему подключить периферию. И если вы вдруг решите сделать соединение посредством обычного кабеля, то гаджет, к которому собрались подключиться, проигнорирует подключенную флэшку, и сам будет являться пассивным устройством. Ниже на картинке показан разъем кабеля USB-OTG micro:

7_USB-OTG

8_Подключение гаджетов

USB in a NutShell — путеводитель по стандарту USB (начало) | arm-working-with-usb

Здесь опубликован перевод на русский язык уникального документа USB in a NutShell, облегчающего разработчикам всего мира первое знакомство с протоколом USB. Наилучшая точка старта для новичков, и неплохое средство прочистить мозги более опытным разработчикам (которым кажется, что они что-то знают). Если какие-то термины и сокращения будут непонятны, пользуйтесь разделом [Термины] в конце статьи.


[Глава 1: введение]

Начало работы с протоколом USB выглядит устрашающе. Например, одна только документация стандарта USB 2.0 на 650 страниц может оттолкнуть любого новичка. И это только начало длинного списка связанных стандартов для USB. Стандарты классов USB, как например HID Class Specification с общим описанием работы устройств (клавиатур, мышей, и т. д.), попадающих в класс HID (Human Interface Devices) – занимают еще 97 страниц. Если Вы разрабатываете USB хост, то нужно выбрать один из трех стандартов интерфейса хоста (Host Controller Interface Standards). Ни один из них не детализирован в спецификации USB 2.0.

Хорошие новости – нет необходимости читать весь стандарт USB. Некоторые главы вышли из стен маркетинга, другие посвящены нижнему уровню, о котором заботится Ваша микросхема USB контроллера и хост вместе с разработчиками хаба. Давайте немного попутешествуем по различным главам спецификации USB 2.0, и кратко рассмотрим основные моменты.













Главы Название Описание Страниц
1 Введение Включает предназначение и область действия для USB. Самая важная часть информации в этой части – ссылка на Universal Serial Bus Device Class Specifications. Нет необходимости читать эту главу. 2
2 Термины и аббревиатуры Это глава не требует пояснений – обычное зло любого стандарта. 8
3 Основные вопросы Указывает цели USB, такие как Plug’n’Play и простота работы с ним конечного пользователя (не разработчика). Представляет скорости Low, Full and High Speed со списком возможностей, полученных для целей маркетинга. Нет необходимости читать эту главу. 4
4 Обзор архитектуры Тут можно начать чтение. Эта часть предоставляет основной обзор системы USB включая топологию, скорости передачи данных, типы потоков данных, основные электрические параметры и т. д. 10
5 Модель потока данных USB (Data Flow Model) Эта глава начинает рассказ о том, как передаются данные по Универсальной Последовательной Шине (Universal Serial Bus). Тут вводят и описывают такие термины как endpoints (конечные точки) пайпы или потоки (pipes). Большая часть главы посвящена каждому типу потока данных (Control, Interrupt, Isochronous и Bulk). Важно знать каждый тип передачи и его свойства, хотя это несколько тяжело для новичка. 60
6 Механика Глава описывает два стандартных коннектора. Здесь важная информация – коннектор type A направлен на downstream (в сторону устройств USB) и коннектор type B направлен на upstream (в сторону хоста USB). Таким способом исключается возможность воткнуть кабель в два порта upstream. Все отсоединяемые кабели должны быть full/high speed, в то время как любой кабель low speed должен иметь подходящую цоколевку. Бегло просмотрев коннекторы, Вы можете пропустить эту часть, если не собираетесь заниматься производством коннекторов USB и/или кабелей. Разработчики PCB могут найти стандартные посадочные места (footprints) коннекторов. 33
7 Электрика Глава рассматривает низкий уровень электрических сигналов, включая сопротивление линии, интервалы времени нарастания/спада, спецификации драйвера (передатчика)/приемника и кодирование уровня бита, bit stuffing и т. д. Наиболее важные части этой главы описывают идентификацию скорости устройства путем подключения смещающего уровень резистора на одной из линий данных, а также сравнение bus powered devices и self powered devices. Можете проскочить через эту главу, если Вы не разрабатываете микросхемы приемопередатчиков USB. Хороший даташит на устройства USB (микросхему) описывает величину терминирующих шину резисторов, которые Вам понадобятся, чтобы соблюсти сопротивление шины. 75
8 Слой протокола Теперь мы начинаем рассматривать уровни протокола. Эта глава описывает пакеты USB на уровне отдельных байт, включая поля sync, pid, address, endpoint, CRC. После этого происходит переход на следующий слой протоколов, USB пакеты. Большинство разработчиков не обращает внимания на эти низкоуровневые слои протокола, так как применяемые ими микросхемы для устройств USB сами заботятся о них. Однако здесь важны понимание процедуры получения информации о статусе (status reporting) и процедуры установления связи (handshaking). 45
9 Фреймворк устройства USB Это наиболее часто используемая глава во всей спецификации, и только одна из всех, которую я потрудился распечатать и переплести. Она описывает энумерацию шины и коды запросов (request codes — set address, get descriptor и т. п), наиболее используемый в программировании слой протоколов USB, важный для программистов и дизайнеров. Эта глава должна быть тщательно прочитана. 36
10 Аппаратура и программное обеспечение хоста USB Эта глава покрывает проблемы, касающиеся хоста. Описываются генерация фреймов и микрофреймов, требования к контроллеру хоста, программные механизмы и драйверная модель USB. Можете пропустить эту главу, если Вы не разрабатываете хост USB. 23
11 Описание хаба Описывает работу хабов USB включая конфигурацию хаба, разделение транзакций, стандартные дескрипторы для класса хаба и т. п. Можете пропустить эту главу, если Вы не разрабатываете хабы. 143

Теперь можно начать читать те части стандарта, которые нам действительно нужны. Если Вы разрабатываете драйвера (программное обеспечение) для периферии USB, то Вам понадобятся только следующие части:

  • 4 — Обзор архитектуры
  • 5 — Модель потока данных USB (Data Flow Model)
  • 9 — Фреймворк устройства USB
  • 10 — Аппаратура и программное обеспечение хоста USB.

Разработчикам железа периферии (электроника) понадобятся только следующие главы:

  • 4 — Обзор архитектуры
  • 5 — Модель потока данных USB (Data Flow Model)
  • 6 — Механика
  • 7 — Электрика.

USB in a NutShell для дизайнеров периферии

Теперь допустим (и это наверняка правда) что (1) большинство из нас разрабатывают периферию USB и (2) прочитали стандарт, но после этого в голове никаких идей по поводу того, как все-таки реализовать разрабатываемое устройство. В следующих 7 главах мы сфокусируемся на необходимых в разработке устройства USB частях стандарта. Это позволит Вам «воткнуться» в USB и производить дальнейшие разработки в соответствии с Вашим приложением (назначением устройства USB).

Стандарт USB 1.1 был недостаточно сложен для High Speed, и перерос в USB 2.0. Чтобы упростить понимание фундаментальных принципов USB, мы пропустим многое, касающееся непосредственно устройств USB High Speed.

Введение в Universal Serial Bus (USB)

USB версии 1.1 поддерживает две скорости – режим full speed 12 Mbits/s и режим low speed 1.5 Mbits/s. Режим 1.5 Mbits/s медленнее, и менее чувствителен к EMI (помехам), чем уменьшает стоимость ферритовых колец и снижает требования к качеству компонентов. Например, кварцы могут быть заменены на дешевые резонаторы. USB 2.0, который в настоящее время господствует для десктопов и ноутбуков, поднимает планку до 480Mbits/s. Эти 480Mbits/s обозначены как режим High Speed, и по этому параметру он может конкурировать с последовательной шиной Firewire.

Скорости USB

  • High Speed — 480Mbits/s
  • Full Speed — 12Mbits/s
  • Low Speed — 1.5Mbits/s

Universal Serial Bus – шина, управляемая исключительно хостом. На шине допустим один и только один хост. Спецификация USB сама по себе не поддерживает любую форму мультихостинга. Однако в спецификации On-The-Go, появившейся в стандарте USB 2.0, введен протокол Host Negotiation Protocol, который позволяет двум устройствам USB договориться, кто будет выполнять роль хоста. Это предназначено и ограничено одиночными подключениями точка-точка, например мобильный телефон – персональный органайзер, и не распространяется на хабы и конфигурации компьютеров. Хост USB ответственен за то, что предпринял все транзакции и выбрал полосу пропускания. Данные могут быть посланы методами различных транзакций, используя token-based протокол (протокол, основанный на символах).

По моему мнению, шинная топология USB несколько ограниченная. Одной из начальных целей USB было уменьшение количества кабелей, воткнутых в заднюю (или переднюю) стенку Вашего PC. Приверженцы Apple могут сказать, что эта идея пришла от Apple Desktop Bus, где клавиатура, мышь и другая периферия могут соединяться друг с другом (по топологии daisy chain), с использованием одного кабеля.

Однако USB использует топологию «tiered star» (многоярусная звезда), похожую на топологию 10BaseT Ethernet. Это предполагает возможное использование хабов, что добавляет неудобства – больше коробочек на Вашем столе и большее количество кабелей. Но это не так плохо, как может показаться поначалу. Многие устройства имеют интегрированные в себя хабы. Например, Ваша клавиатура может содержать хаб, подключенный к компьютеру. Ваша мышь и другие устройства (цифровая камера и т. п.) могут быть просто воткнуты в клавиатуру. Многие мониторы также имеют встроенный хаб.

Топология tiered star имеет некоторые преимущества перед простой топологией daisy chain. Первое – потребляемая мощность каждого устройства может отслеживаться, и переключения, перегрузки не влияют на работоспособность других устройств USB. Все high, full и low speed устройства могут поддерживаться одновременно – хаб отфильтровывает транзакции high speed и full speed, таким образом устройства с низкими скоростями не получают данные со слишком высокой скоростью.

Одновременно к одной шине USB может быть подключено до 127 устройств. Нужно больше устройств? – просто добавьте другой порт/хост. Многие старые хосты USB имели 2 порта, и многие производители сочли это недостаточным, и начали производство 4 и 5 портовых карт хоста и материнских плат, с внутренними портами USB (например, для жестких дисков). Ранние хосты имели один контроллер USB, и два порта разделяли между собой доступную полосу пропускания USB. Поскольку требования к полосе пропускания росли, мы теперь видим многопортовые платы с двумя или больше контроллерами, позволяющими организовать отдельные каналы для данных.

Контроллеры хоста USB имеют собственные спецификации. В стандарте USB 1.1 имеется две спецификации Host Controller Interface:

  • UHCI (Universal Host Controller Interface) – спецификация, разработанная Intel, которая перекладывает большинство функций на программное обеспечение (Microsoft) и позволяет применить дешевую аппаратуру.
  • OHCI (Open Host Controller Interface) – спецификация, разработанная Compaq, Microsoft и National Semiconductor, где больше функций возложено на аппаратуру (Intel), что упрощает программное обеспечение. Типичное взаимодействие инженеров железа / программ. . .

С появлением USB 2.0 понадобилась новая спецификация Host Controller Interface Specification для описания деталей регистрового уровня, специфичного для USB 2.0. Родился EHCI (Enhanced Host Controller Interface). Известные поставщики включая Intel, Compaq, NEC, Lucent и Microsoft объединились вместе, чтобы предоставить нам один стандарт интерфейса, и таким образом, только один новый драйвер для реализации в операционных системах. Вовремя.

USB носит имя, подразумевающее последовательную шину. Она использует 4 экранированных провода, из которых два передают питание (+5v & GND). Остальные два представляют витую пару (twisted pair) дифференциальных сигналов данных. Используется схема кодирования NRZI (Non Return to Zero Invert, без возврата к нулю с инверсией) для передачи данных с полем синхронизации для синхронизирования тактов хоста и приемника.

USB поддерживает «горячее» (plug’n’play) соединение с динамически загружаемыми и выгружаемыми драйверами. Пользователь просто втыкает устройство, подключая его тем самым к шине. Хост детектирует присоединение, опрашивает только что установленное устройство и загружает подходящий драйвер, индицируя песочными часами на экране момент загрузки (если драйвер для устройства USB уже установлен в системе). Конечный пользователь не заботится ни о терминировании, ни об IRQ (прерываниях) и адресах портов, ни о перезагрузке компьютера (перезагрузка не требуется). Когда пользователь закончил работу с USB-устройством, он просто вынимает его (или отсоединяет кабель), хост обнаружит отсутствие устройства и автоматически выгрузит драйвер.

Загрузка (выбор) подходящего драйвера осуществляется по комбинации PID/VID (Product ID/Vendor ID). VID предоставляется организацией USB Implementor’s forum за деньги, и это еще одна точка преткновения для USB. Последняя информация о ценах может быть найдена на сайте http://www.usb.org/developers/vendor/.

Другие организации по стандартам предоставляют дополнительные VID для некоммерческого использования, такого как обучение, разработка и прочее (радиолюбительство). USB Implementors forum все-таки должен оказать эту услугу. В этих случаях Вы можете использовать VID, назначенный поставщику системы разработки. Например, большинство производителей чипов имеют комбинации VID/PID, которые Вы можете использовать для Ваших чипов, и будет известно, что эти VID/PID не существуют в коммерческих устройствах. Другие производители чипов могут даже продать Вам для Вашего коммерческого устройства личный PID, чтобы использовать его с VID производителя.

Другая более достойная внимания особенность USB — его режимы передачи. USB поддерживает Control, Interrupt, Bulk и Isochronous передачи. В то время как мы будем смотреть на другие режимы передачи позже, Изохронный режим позволяет устройству резервировать определенную часть от полосы пропускания с гарантируемым временем ожидания (latency). Это идеально для аудио и видео приложений, где перегрузка канала может привести к заметной потере данных или понижению частоты кадров. Каждый режим передачи предоставляет разработчику компромиссы в области детектирования ошибок и восстановления, гарантированного времени ожидания и полосы пропускания.

[Глава 2: Железо]

Коннекторы

Все устройства имеют upstream-соединение к хосту, и все хосты имеют downstream-соединение к устройству. Коннекторы upstream и downstream механически не взаимозаменяемы, что устраняет недопустимые петлевые соединения на хабах, такие как подсоединение downstream-порта в downstream-порт. Обычно используют два вида соединителей, называемые type A и type B, которые показаны ниже.




 
Type A USB Connector
(сокет, нумерация контактов
при виде снаружи)
  Type B USB Connector
(сокет, нумерация контактов
при виде снаружи)

Type A plug (т. е. папа) всегда обращен к upstream (т. е. к хосту). Type A socket (т. е мама) обычно можно найти на стенке хоста и хаба. Например, сокеты type A расположены на компьютерных материнских платах и хабах. Type B plug всегда соединяются с downstream и, следовательно, type B socket расположены на USB устройствах. На первый взгляд звучит довольно путано, но разобраться можно =).

Интересно обнаружить в некоторых компьютерных магазинах кабели type A <—> type A с прямой разводкой проводов и многочисленные зарядники USB-типа. Это входит в противоречие со спецификацией USB. Устройства, являющиеся переходником между штеккером type A в штеккер type A являются мостом, используемым для соединения двух компьютеров друг с другом. Другие запрещенные кабели – удлинители USB, имеющие на одном конце штеккер (либо type A, либо type B) и сокет на другом конце (либо type A, либо type B). Эти кабели нарушают требования к длине кабелей USB.

USB 2.0 включает в себя errata, которое представляет коннекторы mini-usb B. Подробная информация по этим коннекторам может быть найдена в Mini-B Connector Engineering Change Notice. Причина появления коннекторов mini появилась для применения USB в малогабаритных электронных устройствах типа мобильный телефоны и органайзеры. Обычный коннектор type B слишком большой, чтобы его можно было просто применить в этих устройствах.

Совсем недавно была разработана спецификация On-The-Go, которая добавляет для USB функциональность peer-to-peer. Она представляет хосты USB в мобильных телефонах и электронных органайзерах, и таким образом включена спецификация для mini-A джеков, mini-A разъемов и mini-AB разъемов. Я предполагаю, что скоро получат широкое распространение кабели mini USB, и также набор кабелей-конвертеров mini в standard.






Номер контакта Цвет провода Функция
1 Красный VBUS (5 вольт)
2 Белый D-
3 Зеленый D+
4 Черный Земля

В кабелях USB используется стандартная цветовая маркировка для изоляции внутренних проводников, что упрощает идентификацию проводов от производителя к производителю. Стандарт регламентирует различные электрические параметры для кабелей. Интересно подробно прочитать включенные оригинальные спецификации USB 1.0. Вы бы разобрались в указанных электрических атрибутах, но параграф 6.3.1.2 предлагает рекомендованный цвет для заполнения кабелей USB морозный белый – как скучно! USB 1.1 и USB 2.0 послабляют рекомендации на Черный, Серый или Натуральный.

Разработчики PCB в части 6 стандарта найдут стандартные посадочные места и цоколевки коннекторов.

Электрическая спецификация

Вам не нужны электрические спецификации главы 7, за исключением если Вы не разрабатываете чипы USB устройств/трансиверов или USB хост/хаб. Мы бегло рассмотрим основные вопросы этой главы.

Как мы уже упоминали, USB использует для передачи данных пару проводов. Для кодирования применяется принцип NRZI (Not Return Zero Invert – без возврата к нулю с инверсией), и применяется вставка бит (bit stuffing), чтобы обеспечить нужные изменения уровня в потоке данных. На низкоскоростных (low speed) и полноскоростных (full speed) устройствах дифференциальная ‘1’ передается путем повышения уровня D+ свыше +2.8V резистором 15КОм, подключенным к +3.6V и D- ниже +0.3V резистором 1.5КОм, подключенным к земле. Дифференциальный ‘0’ передается тем же способом, только уровни меняются на противоположные — D- свыше 2.8V и D+ ниже 0.3V. Приемник распознает дифференциальную ‘1’, если уровень D+ больше на 200mV, чем D-, и дифференциальный ‘0’, если D+ на 200mV меньше, чем D-. Полярность сигнала инвертируется в зависимости от скорости шины. Термины состояний ‘J’ и ‘K’ используются для обозначения логических уровней. На low speed состояние ‘J’ – дифференциальный 0. На high speed состояние ‘J’ – дифференциальный 1.

Трансиверы USB имеют одновременно дифференциальные и несимметричные одиночные (single ended) выходы. Определенные состояния шины обозначены несимметричными сигналами на D +, D- или обоими сразу. Например, сигнал SE0 несимметричный и может использоваться для обозначения сброса устройства, если он удерживается дольше 10 мс. Сигнал SE0 генерируется путем удержания и D- и D+ в низком уровне (< 0.3V). О реализации несимметричных и дифференциальных выходов важно знать, если Вы используете трансивер и FPGA в качестве устройства USB. Вы не можете осуществить работу только с помощью дифференциального выхода.

Шина low speed/full speed имеет волновое сопротивление (characteristic impedance) 90 Ом +/- 15%. Таким образом, важно просмотреть даташит при выборе сопротивлений последовательных резисторов для D+ иD-. В любом хорошем даташите указаны величины сопротивлений и допуски на них.

Режим High Speed (480Mbits/s) использует постоянный ток 17.78 mA для передачи сигналов – с целью уменьшения шума.

Идентификация скорости

Устройство USB должно показать свою скорость путем подвешивания линии D+ или D- к напряжению 3.3V. Устройство full speed, как показано на картинке ниже, использует pull up резистор, подключенный к D+ для указания хосту, что это устройство full speed device. Резисторы pull up на стороне устройства используются хостом или хабом для определения присутствия устройства на шине (подключено ли устройство в порт USB). Без pull up резистора считается, что к шине USB ничего не подключено. Некоторые устройства имеют этот резистор встроенным в чип (он может включаться и выключаться программно под управлением firmware), другие требуют наличия внешнего резистора.

Возьмем для примера технологию SoftConnectTM Philips Semiconductor. При подключении к шине микроконтроллер инициализирует функцию устройства USB перед тем, как подключить pull-up резистор для идентификации скорости, показывающий, что устройство подключено к шине. Если pull up резистор был подключен к Vbus, то это означает, что устройство сразу подключается к шине, как только оно воткнуто в порт USB. В этом случае хост может попытаться сбросить устройство и запросить дескриптор, когда микроконтроллер устройства еще не проинициализировал функцию устройства USB (не готов в обработке запросов USB).

Другие вендоры, такие как Cypress Semiconductor, также используют программируемый резистор для технологии Re-NumerationTM в своих устройствах EzUSB, где устройство при подключении сначала определяется как программируемое устройство USB, а потом, после загрузки в устройство программного обеспечения, отключается от шины и под управлением загруженного firmware проходит энумерацию как другое устройство USB (все это происходит незаметно для пользователя). Многие устройства EzUSB не имеют встроенной памяти Flash или OTP ROM для сохранения кода. Они загружают код через подключение по USB.



Рисунок 2: USB устройство Full Speed имеет pull up резистор,
подключенный к D+

 



Рисунок 3: USB устройство Low Speed имеет pull up резистор,
подключенный к D-

Обратите внимание, что мы не рассматривали идентификацию скорости для режима High Speed. High speed начинают работу путем подсоединения на full speed (1.5k на 3.3V к сигналу D+). После установления соединения и сброса устройство переходит к соединению на high speed, если хаб или хост поддерживает это. Если резистор работает в режиме high speed, резистор pull up отключается для сохранения баланса линии.

Для совместимости устройства с USB 2.0 не требуется поддержка режима high-speed. Это позволяет производить более дешевые устройства, если скорость не важна. Это также имеет место для USB 1.1 low speed устройства, которое не обязано поддерживать full speed.

Однако высокоскоростное устройство не должно поддерживать режим низкой скорости. Оно должно только поддержать режим full speed для первого соединения, и затем перейти в режим high speed после успешного взаимодействия. USB 2.0 совместимое downstream устройство (хаб или хост) должен поддерживать все три режима — high speed, full speed и low speed.

Питание (VBUS)

Одна из выгод USB – устройства, питаемые от шины (bus-powered devices) – устройства, которые могут получать питание от шины и не требовать никаких дополнительных джеков или кабелей. Однако многие путаются в этой опции без рассмотрения нужных критериев.

USB устройство указывает свое энергопотребление в единицах 2mA в дескрипторе конфигурации, который мы будем детально рассматривать далее. Устройство не может увеличить энергопотребление свыше величины, указанной при энумерации, даже если у него пропадет внешнее питание. Имеется 3 класса функций USB:

  • Low-power питаемые от шины функции
  • High-power питаемые от шины функции
  • Self-powered функции (с собственным отдельным питанием)

Low power питаемые от шины функции получают питание полностью только от VBUS и не могут потреблять больше, чем 1 юнит нагрузки (one unit load). Спецификация USB задает в качестве юнита нагрузки 100mA. Low power питаемые от шины функции должны быть также разработаны таким образом, чтобы могли работать при снижении напряжения на VBUS до 4.40V и повышении до 5.25V, замеренных на upstream коннекторе устройства. Для большинства устройств 3.3V обязательно применение LDO регуляторов.

High power питаемые от шины функции получают питание только от USB и не могут потреблять больше, чем 1 юнит нагрузки, пока они не будут сконфигурированы хостом, после чего они могут потреблять до 5 юнитов нагрузки (500mA Max), предоставленных в соответствии с запрошенной величиной из дескриптора. High power питаемые от шины функции должны быть способны проходить детектирование и энумерацию при напряжении минимум 4.40V. Когда проходит работа с полной нагрузкой, то минимум для VBUS составляет 4.75 V, и максимум 5.25V. Здесь также измерения происходят с разъема upstream.

Самопитаемые функции (self power functions) могут потреблять от шины до 1 юнита нагрузки и получать остаток мощности от внешнего источника. При пропадании внешнего источника питания должна быть обеспечена возможность потребления от шины USB не больше, чем 1 юнит нагрузки. Самопитаемые функции проще в разработке, поскольку отсутствуют проблемы с потребляемой мощностью. Одноюнитовая нагрузка на шину позволяет проводить детектирование и энумерацию без основного/дополнительного источника питания.

Никакое устройство USB, независимо от типа питания не должно подавать питание на провод VBUS на своем upstream порту. Если VBUS пропадет, устройство должно в течение 10 секунд убрать питание с D+/D- pull-up резисторов, используемых для идентификации скорости.

Другое условие использования VBUS — пусковой ток, который должен быть ограничен. Это выделено в параграфе 7.2.4.1 спецификации USB и обычно пропускается. Пусковой ток происходит из-за наличия электрической емкости в Вашем устройстве между VBUS и землей. Поэтому спецификация указывает максимально допустимую развязывающую емкость, которую Вы можете иметь в своем устройстве — 10uF. Когда Вы отключаете устройство, возникает ЭДС самоиндукции от протекающего тока (за счет индуктивности кабеля USB), которая может достичь большой величины. Для защиты от этого должна присутствовать минимальная развязывающая емкость 1uF на VBUS.

Типичное питаемое от шины устройство не может потреблять ток свыше весьма разумной величины — 500mA. Вы можете спросить – какие осложнения тут могут быть? Может, Suspend Mode (режим приостановки)?

Потребление в режиме приостановки (Suspend Mode)

Suspend mode обязателен для всех устройств. Во время приостановки вступают в силу дополнительные ограничения. Максимальный ток приостановки пропорционален номинальной нагрузке в юнитах. Для устройства с током нагрузки в 1 юнит максимальный ток приостановки (по умолчанию) 500uA. Это включает ток от pull up резисторов на шине. В хабе имеются на обеих линиях D- и D+ pull down резисторы по 15 КОм. Эти pull down резисторы вместе с последовательно включенным резистором в устройстве (1.5 КОм pull up) создают общую нагрузку 16.5 КОм на VTERM обычно 3.3v. Таким образом, этот резистор потребляет 200uA еще до старта.

Кроме того, нужно принимать во внимание для многих устройств регулятор 3.3V. Многие устройства USB работают от 3.3V, например — PDIUSBD11. Линейные регуляторы обычно весьма неэффективны при средних статических электрических токах порядка 600uA, поэтому требуются более эффективные и, таким образом, дорогие регуляторы. В большинстве случаев Вы должны также уменьшить тактовую частоту микроконтроллера или совсем остановить тактовую частоту микроконтроллера, чтобы уложиться в предел 500uA.

Примечание переводчика: многие разработчики firmware не утруждают себя обработкой режима Suspend. Например, среди разработок, основанных на библиотеке V-USB, мне не попадались проекты с поддержкой режима Suspend.

Многие разработчики на форуме USB Implementor’s Forum спрашивают – какие проблемы произойдут, если превысить лимит тока Suspend? Само собой разумеется, что большинство хостов и хабов не могут обнаружить перегрузку такой величины, и следовательно Ваше устройство может потреблять ток 5 мА и даже 10 мА и при этом нормально работать – но все-таки Вы при этом нарушаете требования спецификации USB. Однако при нормальном функционировании (не в режиме Suspend), если Вы пытаетесь превысить на 100mA Вашу определенную допустимую нагрузку, то хаб или хост наверняка обнаружат это и отсоединят Ваше устройство в интересах целостности шины.

Конечно, этих вопросов проектирования можно избежать, если Вы хотите спроектировать устройство USB с собственным питанием. Токи Suspend не имеют значения для десктопов, но с введением спецификации On-The-Go хостами USB могут стать мобильные телефоны и мобильные органайзеры. Лишнее потребление энергии Вашими USB устройствами произведет неблагоприятный эффект на время работы мобильного устройства от батареи.

Вход в Suspend Mode

Устройство USB приостанавливается (переходит в режим Suspend), когда на шине нет активности более чем 3.0 мс. В течение следующих 7 мс устройство должно отключиться, и не потреблять ток больше, чем заданный ток suspend. Таким образом, через 10 мс после прекращения активности шины ток потребления от неё не должен превышать suspend current. Для поддержания состояния соединения к приостановленному хабу или хосту, устройство во время режима Suspend должно все еще предоставлять питание на pull up нагрузочный резистор, определяющий выбор скорости.

У USB есть пакет start of frame (SOF), который строго периодично (каждые 1 мс для low speed и full speed) посылается на шину для поддержания её в активном состоянии. Это препятствует тому, чтобы шина стала неактивной (вошла режим приостановки) при отсутствии данных на шине.

  • Шина high speed имеет микрофреймы, отсылаемые каждые 125.0 µs ±62.5 ns.
  • Шина full speed отправляет фрейм каждые 1.000 ms ±500 ns.
  • Шина low speed имеет keep alive EOP (End of Packet) каждые 1ms только в случае отсутствия любых low speed данных.

Термин «Global Suspend» используется, когда вся шина USB входит в режим suspend целиком. Однако также может быть приостановлено выбранное устройство путем посылки команды хабу, куда подключено устройство. Это называют как «Selective Suspend.»

Устройство возобновит работу, как только примет любой «не idle» сигнал. Если устройство имеет возможность удаленного пробуждения (remote wakeup enabled), то оно может сигнализировать хосту о необходимости выхода из режима Suspend (resume).

Скорость сигнала данных (Data Signalling Rate)

Другая область, которая часто пропускается, является допуск на такты USB. Эта информация имеется в секции 7.1.11 спецификации USB.

  • High speed data тактируются 480.00Mb/s с допуском на скорость ± 500ppm.
  • Full speed data тактируются 12.000Mb/s с допуском на скорость ±0.25% или 2,500ppm.
  • Low speed data тактируются 1.50Mb/s с допуском на скорость ±1.5% или 15,000ppm.

Эти допуски позволяют для устройств low speed применять недорогие резонаторы, но исключает их для full speed или high speed устройств.

[Глава 3: протоколы USB]

В отличие от RS-232 и похожих последовательных интерфейсов, где формат отправляемых данных не задан, USB составлен из нескольких слоев протоколов. Звучит сложно, но не опускайте руки. Как только поймете, что происходит, нужно беспокоиться только о протоколах верхних уровней. Фактически большинство контроллеров USB берет на себя заботу о нижних уровнях протоколов, делая их невидимыми для конечного разработчика.

Каждая транзакция USB состоит из:

  • Token Packet (заголовок, показывающий – что должно передаваться далее)
  • необязательный Data Packet (содержит полезный payload)
  • Status Packet (используется для подтверждения транзакций и предоставляет средство устранения ошибок)

Как мы уже упоминали — USB является шиной, где главным является хост. Хост начинает все транзакции. Первый пакет, так называемый token, генерируется хостом для описания того, что проследует далее и будет ли это транзакция чтения или записи, и какой адрес устройства и определенная конечная точка (endpoint). Следующий пакет обычно пакет данных, несущий полезную нагрузку, за которым идет пакет рукопожатия (handshaking packet), сообщающий о том, что данные или token были приняты успешно, или конечная точка (endpoint) остановлена (stalled) или недоступна для принятия данных.

Общие поля пакета USB

Данные на шине USB передаются в таком порядке: первым идет LSB (Least Significant Bit, младший значащий бит). Пакеты USB состоят из следующих полей:

Все пакеты должны начинаться с поля синхронизации (sync). Поле sync имеет длину 8 бит на low speed и full speed или 32 бита на high speed, и используется для синхронизации тактов приемника с тактами передатчика. Последние 2 бита показывают, где начинается поле PID.

PID означает Packet ID. Это поле используется для обозначения типа пакета, который сейчас отправляется. Следующая таблица показывает возможные значения этого поля.


















Группа Значение PID Идентификатор пакета
Token 0001 OUT Token
1001 IN Token
0101 SOF Token
1101 SETUP Token
Data 0011 DATA0
1011 DATA1
0111 DATA2
1111 MDATA
Handshake 0010 ACK Handshake
1010 NAK Handshake
1110 STALL Handshake
0110 NYET (No Response Yet)
Special 1100 PREamble
1100 ERR
1000 Split
0100 Ping

У PID здесь 4 бита, однако чтобы обеспечить его правильный прием, 4 бита дополнены (complemented) и повторены, в результате получился 8-битный PID. Полученный формат показан ниже:


PID0 PID1 PID2 PID3 nPID0 nPID1 nPID2 nPID3

Поле адреса указывает, какому из устройств USB предназначен пакет. Адрес имеет длину 7 бит, что позволяет адресовать до 127 поддерживаемых одновременно устройств. Адрес 0 недопустим, он предназначен для устройств, адрес для которых пока не назначен. Любое устройство, которому не назначен адрес, должно отвечать на пакет с адресом 0.

Поле endpoint составлено из 4 бит, что позволяет 16 возможных конечных точек. Однако устройства low speed могут иметь только 2 дополнительные конечные точки сверх заданного по умолчанию канала (4 конечных точки максимум).

Cyclic Redundancy Checks (Циклическая Избыточная проверка) выполняется над данными в пределах полезной нагрузки пакета. Все пакеты token имеют 5 бит CRC, а пакеты data имеют 16 бит CRC.

End of packet, конец пакета. Сигнализируется несимметричным нулем (Single Ended Zero, SE0) на время примерно 2 бита, и далее следует состояние J длительностью 1 бит.

Типы пакетов USB

USB имеет 4 разных типа пакета. Пакеты token индицируют тип последующей транзакции, пакеты data содержат payload, пакеты handshake используются для подтверждения данных или сообщений об ошибках, и пакеты start of frame (SOF) показывают начало нового фрейма.

Имеется 3 типа пакетов token:

In – информируют устройство USB о том, что хост хочет прочитать информацию.
Out — информируют устройство USB о том, что хост хочет отправить информацию.
Setup – используется для начала управляющих передач (control transfers).

Пакеты token должны удовлетворять следующему формату:


Sync PID ADDR ENDP CRC5 EOP

Имеется 2 типа пакетов данных, каждый из которых может передать до 1024 байта данных.

Data0
Data1

Режим High Speed задает два других data PID — DATA2 и MDATA.
Пакеты Data имеют следующий формат:

Максимальный размер полезной нагрузки (payload) для low-speed устройств составляет 8 байт. Максимальный размер полезной нагрузки для full-speed устройств составляет 1023 байт. Максимальный размер полезной нагрузки для high-speed устройств составляет 1024 байт. Данные нужно послать в единицах байт.

Имеется 3 типа пакетов handshake, которые состоят просто из PID

ACK – подтверждение о том, что пакет успешно принят. NAK – сообщение о том, что устройство временно не может отправить или принять данные. Также используется в interrupt транзакциях для информирования хоста о том, что нет никаких данных для передачи. STALL – устройство находится в состоянии, которое требует вмешательства со стороны хоста.

Пакеты handshake имеют следующий формат:

  • пакеты Start of Frame (SOF)

Пакет SOF состоит из 11-битного номера фрейма, отсылаемого хостом каждые 1ms ± 500ns на full speed или каждые 125 µs ± 0.0625 µs на high speed.


Sync PID Frame Number CRC5 EOP

Функции USB

Когда мы представляем себе устройство USB, мы думаем о нем как о периферийном устройстве USB, но устройство USB могло означать USB трансивер, используемый в хосте или периферии, USB хаб или микросхему контроллера хоста, или периферийное устройство USB. Поэтому стандарт ссылается на функции USB, которые можно видеть как USB устройства, которые обеспечивают определенный функционал наподобие принтера, Zip-драйва, сканера, модема или другой периферии.

Сейчас мы уже должны знать ряд понятий, составляющих пакет USB. Нет? Вы уже забыли, сколько бит входит в поле PID? Не будьте слишком обеспокоены этим. К счастью, большинство функций USB уже в кремнии (специальных чипах) получают обработку низких уровней протокола USB (до слоя транзакций, который мы рассмотрим в следующей главе). Мы рассматриваем информацию о низких слоях протокола USB потому, что большинство контроллеров функций USB сообщают об ошибках, таких как PID Encoding Error. Не рассмотрев бегло низкий уровень, можно было бы спросить, что означает PID Encoding Error? Если бы Вы предположили, что последние четыре бита PID не соответствовали инверсии первых четырех битов, то Вы были бы правы.

У большинства функций есть серия буферов, обычно 8 байт длиной. Каждый буфер будет принадлежать конечной точке (endpoint) — EP0 IN, EP0 OUT и т. п.. Например, хост отправляет запрос дескриптора устройства (device descriptor request). Функция аппаратно прочитает пакет setup и определит из поля адреса, предназначен ли пакет именно ей, и если да, то скопирует полезную нагрузку (payload) последующего пакета данных в соответствующий буфер конечной точки, заданный величиной в поле endpoint токена setup. Также отправится пакет handshake для подтверждения приема байта и сгенерируется внутреннее прерывание в микроконтроллере для соответствующей конечной точки, обозначающее, что пакет был принят. Все это делается обычно в «железе» (аппаратуре чипа контроллера USB устройства).

Программное обеспечение (firmware микроконтроллера) получит прерывание, в котором оно должно прочитать содержимое буфера конечной точки и проанализировать запрос на дескриптор устройства (parse device descriptor request).

Конечные точки (endpoints)

Конечные точки могут быть описаны как источники или приемники данных. Поскольку шина является хост-ориентированной, конечные точки оказываются в конце канала связи, на функции USB. Например, на уровне программного обеспечения Ваш драйвер устройства может отправлять пакет в конечную точку EP1 устройства. Так как данные поступают от хоста, они попадут в OUT буфер EP1. Ваше firmware теперь может не спеша прочитать эти данные. Если устройство хочет вернуть данные, функция не может просто записать их на шину, так как шина полностью управляется хостом. Поэтому firmware помещает данные в буфер EP1 IN, и эти данные находятся в буфере до тех пор, пока хост не отправит пакет IN, которым он запрашивает данные конечной точки. Конечные точки можно также рассматривать как интерфейс между железом функции устройства и firmware, работающем на функции устройства.
Все устройства должны поддерживать конечную точку 0. Это конечная точка, которая принимает все управляющие запросы и запросы статуса во время энумерации и в течение всего времени, когда устройство остается работоспособным на шине.

Потоки, или каналы (Pipes, дословно — трубы)

Когда устройство отправляет и принимает данные через несколько конечных точек, клиентское программное обеспечение передает данные через потоки. Поток – логическое соединение между хостом и конечной точкой (точками). Потоки также имеют набор параметров – тип передачи (Control, Bulk, Iso или Interrupt), направление потока данных и максимальные размеры пакета/буфера. Например, поток по умолчанию – двунаправленный поток, составленный из IN конечной точки 0 и OUT конечной точки 0 с типом передачи control.
USB определяет два типа потоков (pipes)

  • Stream Pipes не имеют предопределенного USB формата, поэтому Вы можете послать данные любого типа через stream pipe и восстановить данные на другом конце. Потоки данных последовательны и имеют предопределенную направленность – IN или OUT. Stream pipes поддерживают типы передач bulk, isochronous и interrupt. Stream pipes могут управляться либо от хоста, либо от устройства.
  • Message Pipes имеют предопределенный USB формат. Они управляются хостом, инициируются запросом, отправляемым от хоста. Данные пересылаются в нужном направлении, заданном в запросе. Таким образом, message pipes позволяют передавать данные в обоих направлениях, но поддерживают только передачи control.

[Глава 4: Типы конечных точек (Endpoint Types)]

Стандарт USB определяет 4 типа конечных точек/передач:

Передачи Control

Управляющие передачи (control transfer) обычно используются для команд и операций получения состояния. Основная настройка устройства USB со всеми функциями энумерации происходит с использованием передач control. Это обычно быстрые, случайные по времени пакеты, инициированные хостом, которые имеют наилучший приоритет по доставке (best effort). Максимально допустимая длина полезной нагрузки (payload, или размер пакета) управляющей передачи полноскоростных (full-speed) устройств USB составляет 8, 16, 32 или 64 байта; для высокоскоростных (high-speed) устройств этот размер составляет 64 байта, и для низкоскоростных (low-speed) устройств это 8 байт (только 8 байт, и никаких других вариантов).

У передач control могут быть до 3 стадий.

  • Setup Stage – стадия установки, определяет, куда посылаются данные. Состоит из трех пакетов. Токен setup отправляется первым, он содержит адрес и номер конечной точки. Пакет данных (data packet) отправляется следующим, и всегда имеет тип PID data0 и включает setup packet, который детализирует тип запроса. Мы позже подробно рассмотрим setup packet. Последний пакет из трех – рукопожатие (handshake), используемое для подтверждения успешности приема или для сообщения об ошибке. Если функция успешно приняла setup data (CRC, PID и т. п. в порядке), она отвечает рукопожатием (handshake) ACK, иначе игнорирует данные, не отправляя пакет handshake. Функция не может послать пакеты STALL или NAK в ответ на пакет setup.


  • Data Stage – эта стадия необязательна. Она состоит из одной или нескольких передач IN или OUT. Запрос setup показывает, сколько данных будет передаваться на этой стадии. Если количество данных превышает максимальный размер пакета, данные будут переданы в нескольких передачах, каждая из которых (за исключением последней) имеет размер максимального пакета.

Стадия data stage имеет два различных сценария, в зависимости от направления передачи данных.

Сценарий IN: когда хост готов принять данные control data, он выпускает IN Token. Если функция получает IN token с ошибкой, например PID не соответствует инвертированным битам PID, то она игнорирует пакет. Если токен принят успешно, устройство может либо ответить пакетом DATA, содержащим отправляемые control data, либо stall packet, индицирующий ошибку конечной точки, либо пакет NAK, показывающий хосту, что конечная точка работает, но пока не имеет данных для отправки.


Сценарий OUT: когда хосту нужно передать устройству пакет с управляющими данными (control data packet), он выпускает OUT token, за которым идет пакет, содержащий control data в качестве полезной нагрузки. Если любая часть – или OUT token, или data packet ошибочны, функция игнорирует пакет. Если буфер конечной точки пуст, она заполняет буфер данными и передает ACK, информирующий хост о том, что данные получены успешно. Если буфер конечной точки не пуст, поскольку идет обработка предыдущего пакета, функция отвечает NAK. Однако, если у оконечной точки была ошибка, и ее бит останова (halt bit) был установлен, она возвращает STALL.

  • Status Stage сообщает состояние полного запроса, и меняется в зависимости от направления передачи. Функция всегда возвращает сообщение состояния.

Стадия status stage также имеет два различных сценария, в зависимости от направления передачи данных.

Сценарий IN: если хост отправил токен (токены) IN token(s) во время стадии data stage для приема данных, хост должен подтвердить успешный прием данных. Это делается путем отправки токена OUT, за которым идет пакет data нулевой длины. Функция может теперь сообщить свой статус на стадии handshaking. ACK указывает на то, что функция завершила команду и готова к приему следующей команды. Если во время обработки этой команды произошла ошибка, функция выдает STALL. Однако если пока продолжается обработка команды, функция выдает NAK, указывающий хосту повторить позже стадию status stage.


Сценарий OUT: если хост отправил токен (токены) OUT на стадии data stage – чтобы отправить данные, функция подтверждает успешный прием данных отправкой пакета нулевой длины в ответ на токен IN. Однако если произошла ошибка, функция должна выдать STALL, или если пока обрабатываются данные, должна выдать NAK, указывая хосту повторить позже status phase.


Передачи Control: общий обзор

Теперь, как все это совмещается? Например, хост хочет запросить дескриптор устройства во время энумерации. Пакеты, которые посылают, будут следующими.

Хост отправляет токен Setup, говорящий функции, что следующий пакет будет пакет Setup. Поле адреса будет содержать адрес устройства, от которого главный компьютер просит дескриптор. Номер конечной точки должен быть 0, что указывает канал по умолчанию (default pipe). Затем хост отправит пакет DATA0. Он будет содержать 8 байт полезной нагрузки, которая будет являться запросом Device Descriptor Request, описанным в Главе 9 спецификации USB. Функция USB подтверждает пакет setup, что он был прочитан корректно, без ошибок. Если пакет принят с ошибкой, устройство просто игнорирует этот пакет. Хост должен отправить пакет позже заново, после короткой задержки.






1. Токен Setup Sync PID ADDR ENDP CRC5 EOP Адрес и номер конечной точки
 
2. Пакет Data0 Sync PID Data0 CRC16 EOP Device Descriptor Request
 
3. Ack Handshake Sync PID EOP   Устройство подтверждает Setup Packet

Три вышеуказанных пакета представляют из себя первую транзакцию USB. Теперь устройство USB будет декодировать 8 принятых байт, и определять по ним, что это device descriptor request (запрос на дескриптор устройства). После этого устройство попытается отправить Device Descriptor, что произойдет в следующей транзакции USB.






1. Токен In Sync PID ADDR ENDP CRC5 EOP Адрес и номер конечной точки
 
2. Пакет Data1 Sync PID Data1 CRC16 EOP Первые 8 байт дескриптора устройства
 
3. Ack Handshake Sync PID EOP   Хост подтверждает пакет






1. Токен In Sync PID ADDR ENDP CRC5 EOP Адрес и номер конечной точки
 
2. Пакет Data0 Sync PID Data0 CRC16 EOP Последние 4 байта + Padding
 
3. Ack Handshake Sync PID EOP   Хост подтверждает пакет

В этом случае мы подразумеваем, что максимальный размер полезной нагрузки 8 байт. Хост отправляет токен IN, чем говорит устройству, что он может теперь отправить данные для этой конечной точки. Поскольку максимальный размер пакета 8 байт, мы должны для отправки разделить 12 байт дескриптора устройства на кусочки. Каждый кусочек должен быть размером по 8 байт, за исключением последней транзакции. Хост подтверждает каждый пакет, который мы посылаем ему.

Как только дескриптор устройства отправлен, начинается транзакция статуса. Если транзакции были успешны, хост отправляет пакет нулевой длины, показывающий, что полная транзакция была успешна. Функция отвечает на это пакетом нулевой длины, индицирующим её состояние (status).






1. Токен Out Sync PID ADDR ENDP CRC5 EOP Адрес и номер конечной точки
 
2. Пакет Data1 Sync PID Data1 CRC16 EOP Пакет нулевой длины
 
3. Ack Handshake Sync PID EOP   Устройство подтверждает всю транзакцию целиком

Передачи Interrupt

Любой, кто имел дело с запросами на прерывание у микроконтроллеров, знает, что прерывания генерируются устройством (в микроконтроллере). Однако под управлением USB, если устройство требует внимания хоста, оно должно ждать, пока хост его не опросит, чтобы понять, что устройство нуждается в срочном обмене данными! Передачи Interrupt имеют следующие особенности:

  • Гарантированная латентность (latency)
  • Однонаправленный поток канала
  • Определение ошибок и последующая повторная попытка передачи.

Передачи Interrupt обычно непериодические, когда USB устройство «инициирует» связь, требующую ограниченного времени ожидания. Запрос на «прерывание» ставится устройством USB в очередь, пока компьютер не опросит устройство USB с целью получения данных.

Максимальная полезная нагрузка для low-speed устройств — 8 байт.
Максимальная полезная нагрузка для full-speed устройств — 64 байта.
Максимальная полезная нагрузка для high-speed устройств — 1024 байта.


На диаграмме показан формат транзакций Interrupt IN и Interrupt OUT.

Interrupt IN: хост периодически опрашивает конечную точку interrupt. Скорость опроса указана в описателе конечной точки (endpoint descriptor), который мы рассмотрим позже. Каждый опрос сопровождается отправкой хостом токена IN. Если токен IN испорчен, функция игнорирует пакет, и продолжает мониторинг шины в ожидании новых токенов.

Если interrupt поставлено в очередь устройством USB, функция отправит пакет data, содержащий данные, соответствующие interrupt при приеме токена IN. После успешного приема хостом, хост возвратит ACK. Однако, если данные были испорчены, хост не вернет status. Условие прерывания не присутствовало, когда главный компьютер опросил оконечную точку прерывания токеном IN, но функция ответила о своем состоянии NAK. Если на этой конечной точке произошла ошибка, то в ответ на токен IN будет отправлен STALL.

Interrupt OUT: когда хост хочет отправить устройству данные interrupt, он выдает токен OUT, за которым идет пакет data, содержащий данные interrupt. Если любая часть — токен OUT или пакет data ошибочны, функция игнорирует пакет. Если буфер конечной точки функции был пуст, и функция вывела данные в буфер конечной точки, она выдает ACK, информируя хост об успешно принятых данных. Если буфер конечной точки не пуст (еще идет обработка предыдущего пакета), то функция выдает NAK. Однако, если ошибка произошла с конечной точкой и ее бит останова был установлен, то функция выдает STALL.

Изохронные передачи (Isochronous Transfers)

Изохронные передачи происходят периодически и продолжительное время. Они обычно содержат информацию, привязанную ко времени (чувствительную к времени доставки), например аудио или видео потоки. Если произойдет задержка или повторная передача данных в аудио потоке, то Вы должны в результате получить искаженный звук. Дополнительная неприятность – может пропасть синхронизация звука. Однако выпадение пакетов или фреймов могут случаться постоянно снова и снова, и это будет менее заметно для слушателя. Изохронные передачи обеспечивают:

  • Гарантированное выделение полосы пропускания шины USB.
  • Ограниченную латентность.
  • Однонаправленный поток канала.
  • Детектирование ошибок с помощью CRC, но без гарантии доставки (нет повторов при ошибках).
  • Работают только на скоростях Full speed и high speed.
  • Нет переключения данных.

Для изохронной конечной точки максимальный размер полезной нагрузки по данным указывается в дескрипторе конечной точки (endpoint descriptor). Этот размер может быть максимум до 1023 байт для full speed и до 1024 байт для high speed. Поскольку максимальный размер полезной нагрузки влияет на требование к шине по полосе пропускания, следует внимательно отнестись к его выбору. Если Вы используете большую полезную нагрузку, то может оказаться хорошим выбором задать серию альтернативных интерфейсов (alternative interfaces) с различными изохронными размерами полезной нагрузки. Если во время энумерации хост не может предоставить Вашей изохронной конечной точке привилегированную полосу из-за ограничений полосы пропускания, то у него еще будут другие варианты полосы вместо того, чтобы потерпеть неудачу полностью. Данные, посылаемые через изохронную конечную точку, могут быть меньше предварительно оговоренного размера, и могут измениться по длине от транзакции к транзакции.


На диаграмме показан формат изохронных транзакций IN и OUT. Изохронные транзакции не имеют стадии установления связи (рукопожатия, handshaking stage) и не могут сообщать об ошибках или событиях STALL/HALT.

Передачи Bulk

Bulk-передачи можно использовать для большого объема быстро передаваемых данных. В качестве примера можно привести задание по выводу на печать, посланное в принтер, или изображение, сгенерированное от сканера. Bulk-передачи предоставляют коррекцию ошибок полезной нагрузки с помощью поля CRC16 и механизмы детектирования ошибок и повторной передачи, гарантирующие отсутствие ошибок в передаваемых или принятых данных.
Bulk-передачи будут использовать остаточную полосу пропускания шины после того, как все другие транзакции были распределены. Если шина занята данными isochronous и/или interrupt, то данные bulk могут передаваться через шину медленно. Следовательно, передачи Bulk должны использоваться только для интенсивных коммуникаций с негарантированным временем доставки. Особенности передачи Bulk:

  • Используются для передачи большого объема данных на высокой скорости за короткое время.
  • Детектирование ошибок с помощью CRC, с гарантией доставки.
  • Не гарантируется полоса пропускания или минимальная задержка (минимальная латентность).
  • Однонаправленный поток данных канала.
  • Работает только на скоростях Full speed и high speed.

Bulk-передачи поддерживаются только full speed и high speed устройствами. Для конечных точек full speed максимальный размер пакета bulk бывает 8, 16, 32 или 64 байта длиной. Для конечных точек high speed, максимальный размер пакета может до 512 байт длиной. Если полезная нагрузка данных меньше максимального размера пакета, она не должна быть дополнена нулями. Bulk-передачу считают законченной, когда она передала точное количество запрошенных данных, передала пакет меньше, чем максимальный размер оконечной точки, передала пакет нулевой длины.


На диаграмме показан формат транзакций bulk IN и bulk OUT.

Bulk IN: когда хост готов принять данные bulk, он выдает токен IN. Если функция принимает токен IN с ошибкой, она игнорирует пакет. Если токен принят корректно, функция может ответить либо пакетом DATA (содержащим отправляемые данные bulk), либо пакетом stall, (показывающим, что конечная точка имеет ошибку), либо пакетом NAK (показывающим, что конечная точка в работе, но у нее пока нет данных для отправки).

Bulk OUT: когда хост хочет отправить функции пакет bulk data, он выдает токен OUT, за которым идет data пакет, содержащий данные bulk. Если любая часть токена OUT или пакета data повреждена, функция игнорирует пакет. Если буфер конечной точки функции пуст, функция вдвигает данные в буфер конечной точки и выдает ACK, информируя хост об успешно принятых данных. Если буфер конечной точки функции не пуст по причине обработки предыдущего пакета, функция возвращает NAK. Однако если конечная точка в состоянии ошибки, и её halt-бит установлен, функция возвращает STALL.

Управление полосой пропускания

Хост отвечает за управление полосой пропускания шины. Это происходит при энумерации, и конфигурировании изохронных конечных точек и конечных точек interrupt через операции на шине. Спецификация накладывает ограничения на шину, которые разрешают выделение не более 90% всех фреймов для периодических передач (Interrupt или Isochronous) на шине full speed. На шине high speed это ограничение уменьшено — не более 80% микрофреймов можно выделить для периодических передач.

Таким образом, очевидно — если у Вас есть шина, очень нагруженная периодическими передачами, то оставшиеся 10% оставлены для передач управления (control transfers), и как только они будут распределены (обработаны), передачи bulk получат оставшуюся часть полосы.

[Продолжение статьи…]

[Ссылки]

1. What is USB? site:microchipdeveloper.com.

Понимание требований к пусковому току USB

Ответ: никто не знает.

Ну, кто-то знает, но тест прохождения / неудачи при броске считается конфиденциальной информацией, и как USB-IF не публикует информацию об этом определении по причинам, которые они должны знать. Я знаю, что это не очень удовлетворительный ответ, но это простая истина.

Чтобы процитировать страницу с тестами на соответствие электрическим требованиям (текст выделен красным, чтобы вы знали, что они даже более серьезны, чем обычный уровень серьезности USB-IF):

ПРИМЕЧАНИЕ. Некоторые из следующих утвержденных тестовых решений используют проприетарное программное обеспечение для оценки качества сигнала и определения текущих событий. Единственный официальный инструмент для анализа качества сигнала и пускового тока — это USBET20, опубликованный USB-IF. Обязательно запустите качество захваченного сигнала и данные тестового пускового тока через USBET для официальной оценки измерения.

Таким образом, они прямо заявляют, что вы не можете сделать определение, используя только захват формы сигнала или функцию «USB inrush test» нескольких осциллографов (я никогда не видел этого, поэтому я не должен использовать достаточно дорогие осциллографы), недопустимым и единственным способом Соответствие пусковому току соответствует требованиям, если USBSET20 сообщает, что ваше устройство соответствует требованиям. Он принимает данные в формате .tsv / .csv и собирает данные о соответствии требованиям USB (в формате html).

Со страницы загрузки USB-инструментов:

USBET20 (8 МБ, август 2016 г.) — это автономный инструмент анализа электрических сигналов для тестирования на соответствие USB. USBET20 — это официальный инструмент для электрического анализа соответствия, который выполняет оценку «годен / не годен» для качества сигнала и данных пускового тока, полученных с осциллографа.

Более подробно, они сообщают вам только минимальное время измерения, потому что это все, что вам нужно знать. Вам не нужно знать, как выполняется фактическое прохождение / провал, и, действительно, они не говорят. USB-IF готов сообщить вам, если вы соответствуете требованиям, но они никому не сообщают, как они на самом деле это определяют (по крайней мере, для пускового тока).

Эта максимальная нагрузка в нисходящем направлении является спецификацией, относящейся к вышестоящему устройству (хост-порту или концентратору). Это означает, что при проектировании одного из них, а НЕ периферийного устройства, этот концентратор или порт должен выдерживать максимальную нагрузку в нисходящем направлении резистора 44 Ом и Конденсатор 10 мкФ параллельно. И вы абсолютно правы — это может потреблять до 25 мА сверх предела 100 мА в самых экстремальных условиях. Как таковое, вышестоящее устройство должно быть способно выдерживать такую ​​нагрузку («обрабатывать», то есть не испытывать более чем падение напряжения 330 мВ) при подключении.

Однако если бы ваша периферия была такой нагрузкой, она бы не соответствовала требованиям, потому что она потребляет более 100 мА в некотором (по существу, во всех) диапазоне возможных напряжений. Эта нагрузка предназначена исключительно для наихудшего сценария проектирования для вышестоящих устройств и используется для их тестирования. Это не относится к тесту на соответствие пускового тока.

Что важно, так это то, что на самом деле речь не идет о текущем Это касается заряда, так что вы уже на правильном пути с этим. В частности, речь идет о падении напряжения. Входной порт на концентраторе должен иметь не менее 120 мкФ очень низкой емкости ESR на своем выходном VBUS, при этом шина питает нисходящие периферийные устройства.

Хост или концентратор с питанием, вырабатывающий выходное напряжение в наихудшем случае (4,75 В), проходящий через самые хреновые разъемы, самый дерьмовый кабель, к неэнергетическому хабу, который также использует самые хрупкие разъемы, затем этот хаб дополнительно имеет самое хреновое входное напряжение VBUS для выхода VBUS. / падение напряжения на выходе (350 мВ), напряжение будет 4,4 В. То, что 4,4 В, подключенное через дрянные разъемы к дрянной периферии, может привести к тому, что оно увидит реальное абсолютное минимальное напряжение для устройства с низким энергопотреблением: 4,35 В. Со страницы 175 спецификации USB 2.0:

Давайте сделаем немного математики. концентратор на входе без питания должен иметь емкость на входе 120 мкФ. При напряжении 4,4 В * 120 мкФ это 528 мкС заряда. Подключенное устройство имеет конденсатор 10 мкФ. Если вы делаете вид, что нет статической нагрузки или питания, только заряженный конденсатор на порте и незаряженный 10 мкФ на периферийном устройстве, заряд будет распределяться не до тех пор, пока другой не заполнится, а до тех пор, пока напряжение между ними не станет равным. Заряд сохраняется, поэтому точка, в которой напряжения двух конденсаторов будут равны друг другу при 528 мкС начального заряда, составляет примерно 4,06 В. Или 40,6 мкС перенесено. Добавьте в разъем сопротивления, и конденсатор ниже по потоку даже не сможет потреблять такой большой заряд во время пускового тока.

Таким образом, буквально единственным важным фактором является то, что он не превышает 10 мкФ. Ток на самом деле не имеет значения, его истощение может привести к истощению емкости выходного порта концентратора без снижения более чем на 330 мВ во время переходного процесса, прежде чем такие вещи, как индуктивность кабеля, дадут время для того, чтобы фактическая мощность хоста увеличилась. И конденсатор на 10 мкФ — самое близкое доступное значение, которое не сделает этого.

Также обратите внимание, что нет ограничения по емкости. Вы можете иметь 1F всей керамической емкости на устройстве ниже по потоку, при условии, что она разделена на секции 10 мкФ, и только одна из них будет подключена к насадке. Как только устройство подключено, вы должны оставаться ниже любого шага 10 мкФ , но вы можете постепенно «подключать» большую емкость с шагом 10 мкФ. Весь смысл в том, чтобы избежать этого переходного процесса.

И да, это означает, что маломощное периферийное устройство должно не только работать до 4,35 В, но и выдерживать переходный скачок напряжения 330 мВ, например, когда к концентратору подключено что-то новое. Это также означает, что теоретически, если вы подключили два устройства в ПРОСТО в правильное время, чтобы они были почти одновременными, вы могли нарушить работу других устройств на концентраторе без питания. Я уверен, что роботы с их HPET будут использовать этот критический недостаток в нашей спецификации шины USB, чтобы вызвать наш провал.

Теперь, возможно, есть другие тонкие аспекты, такие как скорость dI / dT или что-то еще. Кто точно знает, что включено в проходной тест. Учитывая, что у них есть программа установки размером 7,5 МБ для программы, которая выполняет этот тест, вероятно, можно с уверенностью предположить, что это не что-то простое. Но просто имейте в виду, что вы пытаетесь избежать чрезмерного истощения емкостей с конденсаторами выше по течению своей собственной емкостью на выходе, и это действительно все, что нужно сделать. Пока вы не заставите другие устройства выходить из строя из-за переходного напряжения, которое может вызвать ваша периферия, все будет в порядке. И действительно, это просто означает, что емкость, видимая при подключении или других изменениях состояния питания, составляет 10 мкФ. На самом деле было бы лучше попытаться сделать это меньше, 10 мкФ это максимум. Я не Не знаю, с чего началась идея, что абсолютным максимумом должна быть начальная «стандартная» емкость, но хорошие инженеры знают лучше, чем стремиться к максимальным значениям. Всегда недооценивай. Мне нравится хороший 4,7 мкФ конденсатор. Если вам нужно больше развязки, все, что вам нужно сделать, это не подключить его напрямую к VBUS и ограничить его до 100 мА, и вы получите отличный результат. Но вам разрешено превышать 100 мА, если во время региона передается заряд только на 40,6 мкС.

Не беспокойтесь о пусковом токе. Тест пускового тока на самом деле не касается пускового тока.

Допуск 5 В на входе датчиков VBUS

Я разрабатываю устройство вокруг STM32L476. Мое устройство в основном работает от батареи, но имеет порт USB, который при подключении я хочу использовать в качестве альтернативного источника питания (через регулятор 3,3 В) для ограничения разряда батареи. Также возможно, что пользователь подключает USB-порт, когда нет батарей.

Я хочу чувствовать, когда USB-порт подключен, поэтому я использую PA9 в качестве OTF_FS_VBUS.

Хорошая новость : в техническом описании сказано, что вывод PA9 допускает 5V.

Плохая новость : толерантные выводы 5 В, кажется, на самом деле допускают 5 В только при подаче питания. Лист данных §6.2 таблицы 18 гласит:

Максимальное входное напряжение на выводах FT_xxx: мин. (VDD, VDDA, VDDIO2, VDDUSB, VLCD) + 4,0 В

В моем случае, если нет батарей и пользователь подключает порт USB, есть время, прежде чем регулятор начнет работать, в течение которого напряжение на PA9 будет 5 В, в то время как на выводы питания ЦП вообще не подается питание.

Еще более плохие новости : текущая инъекция не разрешена: спецификация §6.2, таблица 19, говорит:

Вводимый ток на FT_xxx: -5 / + 0 (см. Примечание 4)

Примечание 4: VIN> VDDIOx вызывает положительную инъекцию, а VIN <VSS — отрицательную инъекцию. IINJ (PIN) никогда не должен превышаться.

Таким образом, кажется, я не могу использовать простой резистор для ограничения избыточного тока на PA9 во время запуска регулятора. Любое количество тока, которое будет протекать от VBUS к PA9, прежде чем VDD увеличится, по-видимому, запрещено.

Что сделали другие?

Я посмотрел на многочисленные конструкции вокруг чипов STM32, смотрел на их соединения VBUS, и они, кажется, не заботятся. Они подключают VBUS напрямую к PA9 или, в конечном итоге, через резистор, но я никогда не видел ничего более сложного. Но в основном это доски для разработчиков, поэтому я думаю, что прочность (это слово?) Не очень важна. И они, как правило, не питаются через USB-порт, и, конечно, предполагают, что пользователь не будет подключать USB-порт до подачи питания на плату.

Какой у меня план?

Поместив это между VBUS на USB-порту и выводом PA9 MCU:

Я действительно пытался сделать это простым. По сути, это гарантирует, что VUSB_CPU (который является выводом PA9) никогда не может быть выше VCPU + 4V (Vz + Vbe), не потребляя никакой энергии, если все в порядке.

Мои основные вопросы : прав ли я в своем анализе? Является ли эта схема хорошим решением? Я беспокоюсь о вещах, которые не имеют значения? Почему никто не заботится об этой потенциальной проблеме?

Дополнительный вопрос : планирую использовать USB OTG. Это проблема, если между разъемом и контактом PA9 имеется резистор 4,7 кОм? Я предполагаю, что это было бы, если бы мне пришлось использовать импульсное VBUS во время SRP, но этот метод, видимо, не рекомендуется. Так хорошо ли я, независимо от роли (устройства / хоста) моего устройства?

Последнее : каков максимальный ток, потребляемый контактом питания VDDUSB? В спецификации приведены данные для периферийного устройства USB: 16,4 мкА / МГц для тактового домена AHB + 23,2 мкА / МГц для независимого тактового домена, но мы не знаем, откуда он берется (VDD или VDDUSB).

Использование GPIO3_13 (GPIO109) для отключения USB VBUS

Я нашел файл dev-USB-PWR-CTL-00A1.dtbo . (Я думаю, что это исходный код для него).

Используя этот файл, я пытаюсь выставить PIN-код USB1_DRVVBUS как GPIO (GPIO3_13) с помощью команд:

echo dev-USB-PWR-CTL > /sys/devices/platform/bone_capemgr/slots
echo 109 > /sys/class/gpio/export
echo out > /sys/class/gpio/gpio109/direction

Я вижу новую запись cape в дереве файлов slots и new gpio .

Но когда я изменяю значение с помощью команды

echo 0 > /sys/class/gpio/gpio109/value

Я вижу новое значение в этом файле, но ничего не происходит с USB VBUS.

Что я упускаю?

(Прежде чем вы спросите, действительно ли мне это нужно: давайте на мгновение оставим последствия в стороне.)

beagleboneblack

Поделиться

Источник


d039576093877    

27 июля 2018 в 16:35

2 ответа


  • Windows Mobile-Disable USB (Compact Framework-C#)

    Мне нужно отключить USB на мобильном телефоне Windows. Как отключить USB на Windows мобильном телефоне с помощью Compact Framework 2.0 (C#)? я тоже использую OpenNETCF. Если у него есть какой-то класс для отключения USB, я тоже могу его использовать.

  • Обнаружение USB государственной власти

    Windows имеет возможность отключения некоторых периферийных устройств, таких как порты USB, для экономии энергии (это поведение можно включить/отключить с помощью Диспетчера устройств). Отключение питания происходит в различных условиях, например, когда крышка ноутбука закрыта. Это вызывает у меня…



0

Если вы используете недавнее изображение elinux.org Debian (необходимое наложение дерева устройств было объединено в июне 2015 года), оно включает наложение дерева устройств (с комментарием «Если вы не знаете, что делаете, не загружайте эту накидку!!!»). Это использует взлом, чтобы выставить сигнал usb1_drvvbus как фиктивный LED, которым затем можно управлять с помощью светодиодного интерфейса в /sys .

Во-первых, загрузите наложение дерева устройств dev-USB-PWR-CTL-00A1.dtbo. Для последних настроек (где все dtbo загружаются uboot, а затем передаются в kernel в boot раз) это можно сделать, добавив dtb_overlay=/lib/firmware/dev-USB-PWR-CTL-00A1.dtbo к /boot/uEnv.txt и перезагрузив (более старые ядра/uboots должны будут использовать более старые механизмы конфигурации, как описано в /boot/uEnv.txt ).

Затем вы можете сделать это:

echo 'usb1' > /sys/bus/usb/drivers/usb/unbind
echo 0 > /sys/devices/platform/leds/leds/usb_hub_power/brightness
sleep 1
echo 255 > /sys/devices/platform/leds/leds/usb_hub_power/brightness
echo 'usb1' > /sys/bus/usb/drivers/usb/bind

… для включения питания устройства, подключенного к USB1.

Поделиться


Tim Small    

25 сентября 2018 в 11:09


Поделиться


TBR    

28 июля 2018 в 12:38


Похожие вопросы:

ubuntu 12.04 usb отладка перестала работать

используя ubuntu 12.04 и LG optimus G E975, отладка usb работала нормально 2 дня назад, а теперь она просто перестала работать, когда я подключаю устройство к своему ноутбуку (все 3 порта usb), он…

как получить причину отключения RAS

Работая на модеме USB, использовал интерфейс RAS для dail/hangup. Для соединения используется RASDial(), а для разъединения используется RASHangUp() API. После успешного соединения, ожидающего…

Как определить, когда кабель usb подключен/отключен на стороне устройства в Linux 2.6.37?

У меня есть встроенное устройство, которое работает под управлением linux 2.6.37. Я хочу, чтобы мое приложение знало, когда USB подключен. В настоящее время я могу достичь этого путем объединения…

Windows Mobile-Disable USB (Compact Framework-C#)

Мне нужно отключить USB на мобильном телефоне Windows. Как отключить USB на Windows мобильном телефоне с помощью Compact Framework 2.0 (C#)? я тоже использую OpenNETCF. Если у него есть какой-то…

Обнаружение USB государственной власти

Windows имеет возможность отключения некоторых периферийных устройств, таких как порты USB, для экономии энергии (это поведение можно включить/отключить с помощью Диспетчера устройств). Отключение…

linux usb событие подключения / отключения

Здравствуйте, я работаю над встроенным устройством linux с портом usb, который использует драйвер g_ether для сети usb. Когда штекер usb подключен, выход dmesg: g_ether гаджет: полный скорость…

Как переключить режим USB в Android?

Я проектирую плату USB OTG в качестве платы расширения для Android. Плата основана на Freescale KL25Z128VLK4. Большая часть дизайна похожа на IOIO от Sparkfun, с некоторыми расширениями. Подключив…

Stm32f7 Discovery — USB FS обнаружение режима хоста / устройства

Плата обнаружения STM32F723IEK6 имеет полноскоростной интерфейс USB. Я тщетно пытаюсь инициализировать его. Сигнал сброса никогда не принимается от хоста, и соответствующий флаг прерывания не…

ADB через WiFi соединение теряется после отключения USB

Я пытался запустить ADB поверх wifi, следуя приведенным здесь ответам, и успешно подключился к устройству, но потерял соединение после отключения USB. Тот же результат и с ручными, и с плагинами…

Использование Devcon для отключения порта USB

Я пытаюсь найти способ включить/отключить порт USB на моем компьютере с помощью командной строки или powershell. Я посмотрел EVERYWHERE, и единственное возможное решение, которое я нашел, — это…

USB 3.1 Type-C. Коротко, ясно, детально

Достоинства порта USB 3.1:
★ быстрый
★ мощный
★ универсальный

Достоинства разъёма Type-C:
★ долговечный
★ симметричный
Теперь гарантированно можно подключить USB кабель к устройству с первого раза.

⚠ Следует различать понятия «порт» и «разъём». Разъём (гнездо) Type-C можно припаять хоть к старому телефону (вместо micro-USB), но порт так и останется старым USB 2.0 — скорости заряда и передачи данных это не прибавит. Из удобств появится лишь симметричность и надёжность разъёма.

⚠ Таким образом наличие Type-C ещё ни о чём не говорит. Продаются модели смартфонов с новым разъёмом, но со старым портом. Перечисленные в этой статье достоинства к таким смартфонам не относятся.

Назначение контактов

Контакты разъёмов на схемах показаны с внешней (рабочей) стороны, если обратное не оговаривается особо.

Скачать спецификацию USB type-C в PDF (En)

Порт содержит 24 контакта (12 контактов на каждой стороне). «Верхняя» линейка нумеруется A1…A12, «нижняя» — B1…B12. По большей части линейки идентичны друг другу, что и делает этот порт равнодушным к ориентации штекера. Контакты каждой линейки можно разбить на 6 групп: USB 2.0, USB 3.1, Питание, Земля, Согласующий канал и Дополнительный канал. А теперь рассмотрим подробнее.

• Собственно, USB 3.1. Линии высокоскоростной передачи данных: TX+, TX-, RX+, RX- (контакты 2, 3, 10, 11). Скорость до 10 Гб/с. В кабеле эти пары перекроссированы, и что для одного устройства является RX, другому представляется как TX. И наоборот. По особому распоряжению эти пары могут переквалифицироваться под другие задачи, например — под передачу видео.

• Старый добрый USB 2.0. Линии низкоскоростной передачи данных: D+/D- (контакты 6, 7). Этот раритет включили в порт ради совместимости со старыми тихоходными устройствами до 480 Мб/с.

• Плюс питания — Vbus (контакты 4, 9). Стандартное напряжение 5 вольт. Ток выставляется в  зависимости от потребностей периферии: 0,5А; 0,9А; 1,5А; 3А. Вообще, спецификация порта подразумевает передаваемую мощность до 100Вт, и «в случае войны» порт способен питать монитор или заряжать ноутбук напряжением 20 вольт!

• GND — «Земля»-матушка (контакты 1, 12). Минус всего и вся.

• Согласующий канал (или конфигурирующий) — СС (контакт 5). Это главная фишка USB type-C! Благодаря этому каналу система может определить:

— Факт подключения/отключения периферийного устройства;
— Ориентацию подключенного штекера. Как это ни странно, но разъём не абсолютно симметричен, и в некоторых случаях устройству хочется знать его ориентацию;
— Ток и напряжение, которое следует предоставить периферии для питания или заряда;
— Необходимость работы в альтернативном режиме, например, для передачи аудио-видео потока.
— Кроме функций мониторинга этот канал в случае необходимости подаёт питание на активный кабель.

• Дополнительный канал — SBU (контакт 8). Дополнительный канал обычно не используется и предусмотрен лишь для некоторых экзотических случаев. Например, при передаче по кабелю видео, по SBU идёт аудиоканал.

Распиновка USB 3.1 Type-C

«Полосатым цветом» здесь изображены контакты неизолированного провода.

Странным решением было отмаркировать провода D+ и D- не как в USB 2.0, а наоборот: D+ белый, D- зелёный.

Серой обводкой помечены провода, чей цвет по словам Википедии не регламентирован стандартом. Автор вообще не нашёл каких-либо указаний на цвета проводов в официальной документации.

Распайка коннекторов Type-C ▼

Схема типового кабеля USB-C «вилка-вилка»▼

Технология питания/заряда USB PD Rev.2 (USB Power Delivery)

У кабеля USB-C нет таких понятий как «коннектор-A» или «коннектор-B» — коннекторы теперь во всех случаях одинаковы.

Роли устройства обозначены новыми терминами:

DFP — активное, питающее устройство (как бы порт USB-A)
UFP — пассивное, приёмное устройство (как бы порт USB-B)
DRP — «двуличное», динамически изменяющее свой статус устройство.
Кроме того, заряжающее устройство называется Power Provider, заряжаемое — Power Consumer.

Распределение ролей осуществляется установкой на контакте CC определённого потенциала с помощью того или иного резистора:

▶Активное устройство (DFP) определяется по резистору между контактами CC и Vbus.
Номинал резистора сообщает потребителю, на какой ток он может рассчитывать:
56±20% кОм — 500 или 900 мА
22±5% кОм — 1,5 А
10±5% кОм — 3 А

▲ Переходники с USB 2.0 (3.0) на USB-C, служащие для подключения новых смартфонов к старым ПК или ЗУ распаяны по схеме DFP, то есть, показывают себя смартфону как активное устройство

 

▶Пассивное устройство (UFP) определяется по резистору между контактами CC и GND.
Номинал резистора: 5,1 кОм

Переходники с USB-C на USB-OTG распаяны именно по схеме UFP, то есть, имитируют потребляющее устройство.

 

⚠ Технологию USB PD Rev2 в которой по контакту CC согласуются ток и напряжение заряда не следует путать с технологией Quick Charge (QC), где по контактам D− и D+ согласуется только напряжение заряда. USB PD Rev2 поддерживается только в USB 3.1.
QC поддерживается без привязки к версии порта.

Переходник USB-micro—USB-C

Переходник micro-USB 2.0 на USB type-C служит для подключения гаджета с гнездом Type-C к стандартному дата-кабелю USB 2.0 для заряда и синхронизации с ПК. В переходнике установлен резистор 56 кОм между контактами CC и Vbus.

Этот резистор как бы говорит смартфону: «К тебе подключили активное устройство − заряжайся. Больше 0,9 ампер не дам».

То есть, даже от мощного зарядного устройства (скажем, на 3 ампера)  через такой переходник мы не возьмём больше 0,9 ампер. Чтобы смартфон не стеснялся и взял 3 ампера, нужно заменить резистор на 10 кОм ▼

Внешний вид платы ▼

Универсальный переходник USB-micro—USB-C с поддержкой OTG

Наш читатель Сергей выслал схему универсального переходника micro-USB-BF to USB type-C (Тип 51125 Z22) − через него можно подключить как Data-кабель так и OTG-кабель USB 2.0. В зависимости от кабеля смартфон либо заряжается, либо работает с периферией.

В идеале вместо 55 кОм стоило бы использовать 51 (как в аналогичном переходнике от Huawei), чтобы в цепи Vcc-CC получались каноничные 56 кОм. Но спецификация не требует такой точности. Номинал сопротивления Vcc-CC допускается в диапазоне 45…67 кОм.

Внешний вид платы ▼

Вариант универсального переходника

Наш читатель Кирилл поделился схемой занятного переходника, подобного предыдущему▲. Ключевое отличие — в гнезде micro-USB не задействован контакт ID (№5), и оба резистора (и DFP, и UFP) подключены постоянно.

Устройство, к которому подключен этот переходник через Type-C, определяет свою роль  по наличию или отсутствию напряжения на контакте Vbus. Если сперва подключить к переходнику зарядное устройство через гнездо micro-USB, а потом подключить переходник к смартфону, то порт смартфона обнаружит напряжение заряда и переведёт смартфон в режим потребления. Если же просто подключить переходник, то смартфон входит в режим OTG и подаёт напряжение сам.
Переходник испытывался на смартфоне Samsung Galaxy S8.

Переходник USB-C—USB-AF

Чтобы подключить USB-периферию к устройству с портом USB-C, в переходнике необходим резистор 5,1 кОм между контактами CC и GND.
Этот резистор сообщает смартфону: «К тебе подключено пассивное устройство. Подай питание».

Рассмотрим схему переходника OTG type-C на примере Type-C USB 3.1 To USB 3.0 OTG Adapter. Это переходник для подключения периферии USB 3.0 (2.0) к ПК или к смартфону Type-C.
Цвета проводов Data, TX и RX в этой модели несколько отличаются от каноничных, прошу обратить на это внимание! ▼

Ещё одна важная деталь — во всех переходниках типа USBtype-C—type-C или USBtype-C—USB3.0 (не обязательно OTG!) между контактами Vbus и Gnd необходим конденсатор для защиты контактов разъёма от искр при подключении. Например, для переходников на USB 3.0 требуется номинал конденсатора — 10нФ±20%×30В. Переходники на USB 3.1 требуют конденсатор большей ёмкости, а переходники на USB 2.0 не требуют конденсатора вовсе. Подробнее читайте в англоязычной статье «VBUS Bypass Capacitor».

Распайка платы переходника Type-C to USB 3.0 OTG с разных сторон ▼

Аналоговый звук через Type-C

Стандартом предусмотрена возможность передачи аналогового звука через цифровой порт. Эта возможность реализована в смартфонах HTC серии U, HTC 10 Evo, Xiaomi Mi, LeTV. Автор будет признателен, если читатель пополнит этот список.

Режим называется «Audio Adapter Accessory Mode». За подробностями обращайтесь к статье «Аналоговый звук через USB-C».

Для работы в этом режиме служат аналоговые гарнитуры с вилкой Type-C. Для подключения классической гарнитуры со штекером «джек» предусмотрены переходники.

Переходник для наушников и одновременной зарядки на GearBest ▶

Аналоговый звук передаётся по каналам Data−, Data+, SBU1 и SBU2. Смартфон переходит в этот режим, если в вилке гарнитуры или переходника между контактами A1—A5 и B1—B5 установлено сопротивление менее 0,8…1,2 кОм. Вместо резистора доводилось видеть просто перемычку.

Видео через USB-C

Для передачи видео через USB 3.1 разработан режим «DisplayPort Alternate Mode».
См. перечень устройств, поддерживающих этот режим.
В режиме «Display Port» назначение контактов порта меняется — две пары TX2/RX2 превращаются в видеоканал, а звуком занимается SBU1/2 ▼


Поделиться новостью в соцсетях

Провод от usb с лицевой стороны



Распиновка usb на материнской плате

Распиновка usb на материнской плате

Распиновка usb на материнской плате — для того, чтобы пользоваться USB-входами установленными спереди системного корпуса, вначале их нужно подсоединить к системной плате персонального компьютера. В данной публикации речь пойдет о том, как правильно организовать и выполнить такое соединение.

Современные материнские платы сейчас в основном выпускаются с четырьмя, шестью или восемью USB-коннекторами. Но устанавливаются непосредственно в системную плату, как правило всего лишь два или четыре разъема с тыльной стороны. В связи с этим, в большинстве случаев мы имеем пару портов USB оставшихся на системной плате. Эти коннекторы обычно выполнены в девяти или десяти-пиновом разъеме.

Распиновка usb на материнской плате

Одна из наиболее существенных проблем состоит в том, что мировые производители не используют общий стандарт материнских плат при их изготовлении. Поэтому, назначение каждого пина в разъемах от различных изготовителей плат, могут отличаться по функциональности от системных плат от другого бренда. По этой причине, для любого провода USB-коннектора на фронтальной панели корпуса системника применяют персональные разъемы.

Распайка коннектора USB 2.0 на материнской плате

На каждом корпусе разъема имеются специальные обозначения вот такого вида: + 5V, D+, D- и GND (корпус), но значения могут и немного по другому указываться, хотя суть одна и та же.

№ pin Цвет проводов Название Описание
1 Красный 5V,VCC,Power Питание
2 Красный 5V,VCC,Power Питание
3 Белый D- Данные-
4 Белый D- Данные-
5 Зелёный D+ Данные+
6 Зелёный D+ Данные+
7 Черный GND Земля
8 Черный GND Земля
9 Key(Нет пина) Ключ
10 Серый GND Земля

Все, что вам нужно сделать, это установить каждый из проводов (+ 5V, D +, D- и GND) в правильные места, как показано выше.

Распайка коннектора USB 3.0 на материнской плате

№ pin Название Описание № pin Название Описание
1 IntA_P2_D+ Данные+ 2 ID Идентификатор
3 IntA_P2_D- Данные- 4 IntA_P1_D+ Данные+
5 GND Земля 6 IntA_P1_D- Данные-
7 IntA_P2_SSTX+ Данные+ 8 GND Земля
9 IntA_P2_SSTX- Данные- 10 IntA_P1_SSTX+ Данные+
11 GND Земля 12 IntA_P1_SSTX- Данные-
13 IntA_P2_SSRX+ Данные+ 14 GND Земля
15 IntA_P2_SSRX- Данные- 16 IntA_P1_SSRX+ Данные+
17 Vbus Питание 18 IntA_P1_SSRX- Данные-
19 Key(Нет пина) Ключ 20 Vbus Питание

Как подключить переднюю панель к материнской плате

Источник

Схема распиновки USB кабеля по цветам

Содержание

  1. Виды USB-разъемов, основные отличия и особенности
  2. Классификация и распиновка
  3. Распиновка USB 2.0 разъема типы A и B
  4. Распиновка USB 3.0 типы A и B
  5. Распиновка Micro-USB-разъема
  6. Распиновка Mini-USB

Распиновка USB-кабеля означает описание внутреннего устройства универсальной последовательной шины. Это устройство применяется для передачи данных и зарядки аккумуляторов любых электронных приборов: мобильных телефонов, плееров, ноутбуков, планшетных компьютеров, магнитофонов и других гаджетов.

Проведение качественной распиновки требует знаний и умения читать схемы, ориентирования в типах и видах соединений, нужно знать классификацию проводов, их цвета и назначение. Длительная и бесперебойная работа кабеля обеспечивается правильным соединением проводами 2 коннекторов USB и mini-USB.

Виды USB-разъемов, основные отличия и особенности

Универсальная последовательная шина представлена 3 версиями — USB 1.1, USB 2.0 и USB 3.0. Первые две спецификации полностью совмещаются между собой, шина 3.0 имеет частичное совмещение.

USB 1.1 — это первая версия устройства, используемая для передачи данных. Спецификацию применяют только для совместимости, так как 2 рабочих режима по передаче данных ( Low-speed и Full-speed) обладают низкой скоростью обмена информацией. Режим Low-speed со скоростью передачи данных 10-1500 Кбит/с используется для джойстиков, мышей, клавиатур. Full-speed задействован в аудио- и видеоустройствах.

В USB 2.0 добавлен третий режим работы — High-speed для подключения устройств по хранению информации и видеоустройств более высокой организации. Разъем помечается надписью HI-SPEED на логотипе. Скорость обмена информацией в этом режиме — 480 Мбит/с, которая равняется скорости копирования в 48 Мбайт/с.

На практике, из-за особенностей конструкции и реализации протокола, пропускная способность второй версии оказалась меньше заявленной и составляет 30-35 Мбайт/с. Кабеля и коннекторы спецификаций универсальной шины 1.1 и второго поколения имеют идентичную конфигурацию.

Универсальная шина третьего поколения поддерживает скорость 5 Гбит/с, равняющуюся скорости копирования 500 Мбайт/с. Она выпускается в синем цвете, что облегчает определение принадлежности штекеров и гнезд к усовершенствованной модели. Сила тока в шине 3.0 увеличилась с 500 мА до 900 мА. Эта особенность позволяет не использовать отдельные блоки питания для периферийных устройств, а задействовать шину 3.0 для их питания.

Совместимость спецификаций 2.0 и 3.0 выполняется частично.

Классификация и распиновка

При описаниях и обозначениях в таблицах разъемов ЮСБ принято по умолчанию, что вид показан с внешней, рабочей стороны. Если подается вид с монтажной стороны, то это оговаривается в описании. В схеме светло-серым цветом отмечаются изолирующие элементы разъема, темно-серым цветом — металлические детали, полости обозначаются белым цветом.

Несмотря на то что последовательная шина называется универсальной, она представлена 2 типами. Они выполняют разные функции и обеспечивают совместимость с устройствами, обладающими улучшенными характеристиками.

К типу A относятся активные, питающие устройства ( компьютер, хост), к типу B — пассивное, подключаемое оборудование ( принтер, сканер). Все гнезда и штекеры шин второго поколения и версии 3.0 типа A рассчитаны на совместную работу. Разъем гнезда шины третьего поколения типа B больше, чем нужен для штекера версии 2.0 типа B, поэтому устройство с разъемом универсальной шины 2.0 тип B подключается с использованием только кабеля USB 2.0. Подключение внешнего оборудования с разъемами модификации 3,0 тип B выполняется кабелями обоих типов.

Разъемы классического типа B не подходят для подключения малогабаритного электронного оборудования. Подключение планшетов, цифровой техники, мобильных телефонов выполняется с использованием миниатюрных разъемов Mini-USB и их улучшенной модификации Micro-USB. У этих разъемов уменьшенные размеры штекера и гнезда.

Последняя модификация разъемов ЮСБ — тип C. Эта конструкция имеет на обоих концах кабеля одинаковые коннекторы, отличается более скоростной передачей данных и большей мощностью.

Распиновка USB 2.0 разъема типы A и B

Классические разъемы содержат 4 вида контактов, в мини- и микроформатах — 5 контактов. Цвета проводов в USB-кабеле 2.0:

  • +5V ( красный VBUS), напряжение 5 В, максимальная сила тока 0,5 А, предназначен для питания;
  • D- ( белый) Data-;
  • D+ ( зеленый) Data+;
  • GND ( черный), напряжение 0 В, используется для заземления.

Для формата мини: mini-USB и micro-USB:

  1. Красный VBUS (+), напряжение 5 В, сила тока 0,5 А.
  2. Белый (-), D-.
  3. Зеленый (+), D+.
  4. ID — для типа А замыкают на GND, для поддержания функции OTG, а для типа B не задействуют.
  5. Черный GND, напряжение 0 В, используется для заземления.

В большинстве кабелей имеется провод Shield, он не имеет изоляции, используется в роли экрана. Он не маркируется, и ему не присваивается номер. Универсальная шина имеет 2 вида соединителя. Они имеют обозначение M ( male) и F ( female). Коннектор М ( папа) называют штекером, его вставляют, разъем F ( мама) называется гнездо, в него вставляют.

Распиновка USB 3.0 типы A и B

Шина версии 3.0 имеет подключение по 10 или 9 проводам. 9 контактов используется, если отсутствует провод Shield. Расположение контактов выполняется таким образом, чтобы можно было подключать устройства ранних модификаций.

Распайка USB 3.0:

  • A — штекер;
  • B — гнездо;
  • 1, 2, 3, 4 — контакты, совпадающие с распиновкой контактов в спецификации 2.0, имеют ту же цветовую гамму;
  • 5, 6 контакты для передачи данных по протоколу SUPER_SPEED, имеют обозначение SS_TX- и SS_TX+ соответственно;
  • 7 — заземление GND;
  • 8, 9 — контактные площадки проводов для приема данных по протоколу SUPER_SPEED, обозначение контактов: SS_RX- и SS_RX+.

Распиновка Micro-USB-разъема

Кабель Micro-USB имеет соединители с 5 контактными площадками. К ним подводится отдельный монтажный провод в изоляции нужного цвета. Чтобы штекер точно и плотно садился в гнездо, верхняя экранирующая часть имеет специальную фаску. Контакты микро-USB пронумерованы цифрами от 1 до 5 и читаются справа налево.

Распиновки коннекторов микро- и мини-USB идентичны, представлены в таблице:

Номер провода Назначение Цвет
1 VCC питание 5V красный
2 данные белый
3 данные зеленый
4 функция ID, для типа A замыкается на заземление
5 заземление черный

Экранирующий провод не припаивается ни к одному контакту.

Распиновка Mini-USB

Разъемы Mini-A и Mini-B появились на рынке в 2000 году, использовали стандарт USB 2.0. К сегодняшнему дню мало используются из-за появления более совершенных модификаций. Им на смену пришли микросоединители и модели ЮСБ типа C. В разъемах мини используется 4 экранированных провода и ID-функция. 2 провода используют для питания: питающий +5 В и заземление GND. 2 провода для приема и отправки дифференциальных сигналов данных, обозначаются D+ и D-pin. Data+ и Data- сигналы передаются по витой паре. D+ и D-работают всегда вместе, они не являются отдельными симплексными соединениями.

В USB-разъемах используется 2 вида кабелей:

Источник

Что означает VBUS? Бесплатный словарь

Для этого рабочего состояния входная переменная Vin_1 соответствует разнице между Vbus и SP (Vin_1 = Vbus — SP), где SP равно 190 В; вторая входная переменная Vin_2 соответствует колебаниям напряжения в шине постоянного тока. Недавно опубликованное компанией определение совместимости с Android 7.0 гласит: «Устройствам Type-C настоятельно рекомендуется не поддерживать проприетарные методы зарядки, которые изменяют напряжение Vbus за пределы уровней по умолчанию или изменяют Роли приемника / источника как таковые могут привести к проблемам взаимодействия с зарядными устройствами или устройствами, поддерживающими стандартные методы USB Power Delivery.Для каждого случая поток нагрузки использовался для получения рабочего состояния, определяемого переменными Pgen, Qgen, Pflow, Qflow, Pload, Qload, Vbus и Vangle, которые затем используются для запуска потока нагрузки в условных условиях и нарушениях рабочих пределов. различных компонентов [20]. Во-первых, его боевая масса почти в три раза больше, чем у оригинальных VBU, которые были установлены на уровне трех тонн для целей авиатранспорта. VBL заключила соглашения со многими ресторанами, барами, пабами и отелями ( помещения для продажи и потребления пива) (82) за исключительные права на продажу, выставку, представление и продажу пивных продуктов VBU на этих площадках в обмен на компенсацию их владельцам.Китайская рекламная компания в Интернете Vodone Group (Гонконг: 0082) сообщила сегодня, что крупнейшая рекламная платформа для онлайн-вещания Chinaa [euro] ™ была обновлена ​​до [euro] oe1busa [euro], новой веб-платформы с двумя основными линейками продуктов. : VBUS и MOBUS.VBUS продолжат фокусироваться на традиционном рекламном бизнесе компании [euro] ™, в то время как MOBUS обратится к развивающемуся бизнесу мобильной интернет-рекламы. Согласно Vodone, платформа MOBUS может реализовать полный охват рекламы через терминалы смартфонов, что позволяет рекламодателям повысить точность размещения рекламы для своей целевой аудитории, одновременно позволяя рекламодателям и конечным потребителям иметь более глубокое взаимодействие через мобильный Интернет.На рисунке 2 показано, как установка устройства PolyZen на шину VBUS и шести устройств PESD с малой емкостью на портах устройства помогает обеспечить согласованное решение по перегрузке по току / перенапряжению. * Конструкция для размыкания линии VBUS, когда переходное напряжение превышает внутренний порог перенапряжения ( OVLO), который внутренне установлен на 5,675 В. Блок управления VBUS отвечает за большую часть внутренней пиксельной синхронизации БД и задач связи с внешней системой, а также за координацию запросов БД к памяти и всю связь с PB.Однако с новым (https://static.googleusercontent.com/media/source.android.com/en//compatibility/7.0/android-7.0-cdd.pdf) Android CDD от Google компания «НАСТОЯТЕЛЬНО РЕКОМЕНДУЕТ» использовать USB Согласно (http://www.androidpolice.com/2016/11/08/android-7-0-cdd-says-google -may-скоро-require-oems-to-stop-Screwing-with-usb-c-Charging-Standards /) Android Police. Встроенная поддержка OTG автоматически обнаруживает, декодирует и отображает протоколы HNP и SRP, включая VBus и пульсирование линии передачи данных, предоставление разработчикам исчерпывающего представления о вхождениях OTG в шине.

VBUS Значение — Что означает VBUS?

VBUS означает, что — это шина Virtuav, а другая полная форма определения VBUS участвует в таблице ниже. В таблице есть 2 разных значения аббревиатуры VBUS , которые представляют собой компиляцию сокращений VBUS, таких как терминология Технологии, Телекоммуникации, Телекоммуникации и т. Д. Если вы не можете найти значение аббревиатуры VBUS, которую ищете в двух разных таблицах значений VBUS, выполните поиск еще раз, используя модель вопросов, например «Что означает VBUS ?, Значение VBUS», или вы можете выполнить поиск, набрав только сокращение VBUS в поле поисковая строка.
Значение аббревиатур VBUS зарегистрировано в разных терминологиях. Особенно, если вам интересно, все значения, принадлежащие аббревиатурам VBUS в терминологии, нажмите кнопку соответствующей терминологии с правой стороны (внизу для мобильных телефонов) и найдите значения VBUS, которые записаны только в этой терминологии.

Значение Astrology Queries Citation

VBUS Значение

  1. Virtuav BusTechnology, Telecom, Telecommunications
  2. Vorläufzge Berechnungsmethode Für Den Umgebungslärm An Straßen

Значение VBUS также можно найти в других источниках.

Что означает VBUS?

Мы составили запросы в поисковых системах о аббревиатуре VBUS и разместили их на нашем веб-сайте, выбрав наиболее часто задаваемые вопросы. Мы думаем, что вы задали аналогичный вопрос поисковой системе, чтобы найти значение аббревиатуры VBUS, и мы уверены, что следующий список привлечет ваше внимание.

  1. Что означает VBUS?

    VBUS означает Vorläufzge Berechnungsmethode Für Den Umgebungslärm An Straßen.

  2. Что означает аббревиатура VBUS?

    Аббревиатура VBUS означает «виртуальная шина».

  3. Что такое определение VBUS?

    Определение VBUS: «Vorläufzge Berechnungsmethode Für Den Umgebungslärm An Straßen».

  4. Что означает VBUS?

    VBUS означает, что «Виртуав автобус».

  5. Что такое аббревиатура VBUS?

    Аббревиатура VBUS — «Virtuav Bus».

  6. Что такое сокращение от Virtuav Bus?

    Сокращенное обозначение «Virtuav Bus» — VBUS.

  7. Что такое аббревиатура VBUS?

    Определения сокращенного обозначения VBUS: «Vorläufzge Berechnungsmethode Für Den Umgebungslärm An Straßen».

  8. Какая полная форма аббревиатуры VBUS?

    Полная форма аббревиатуры VBUS — «Virtuav Bus».

  9. В чем полное значение VBUS?

    Полное значение VBUS — «Vorläufzge Berechnungsmethode Für Den Umgebungslärm An Straßen».

  10. Какое объяснение для VBUS?

    Обозначение для VBUS — «Virtuav Bus».

Что означает аббревиатура VBUS в астрологии?

Мы не оставили места только значениям определений VBUS. Да, мы знаем, что ваша основная цель — объяснение аббревиатуры VBUS. Однако мы подумали, что вы можете рассмотреть астрологическую информацию об аббревиатуре VBUS в астрологии. Поэтому астрологическое описание каждого слова доступно внизу.

VBUS Аббревиатура в астрологии
  • VBUS (буква V)

    Буква V представлена ​​четырьмя цифрами.Слияние означает начало. Они сохраняют желание поступать по-своему с привязанностью к директору Планеты Уран. У них есть удивительные личности, дальнейшие шаги которых непредсказуемы.

    V — первая буква имени может иногда указывать на безжалостное отношение. Им нравится вести себя индивидуально. Они готовы к инновациям.

  • VBUS (буква В)

    Чувствительный, хрупкий и замкнутый. Когда он расположен как первая буква в имени, он передает всю свою силу другим буквам.Люди, чьи имена начинаются с буквы B, обладают сильной интуицией. Для них мир и согласие — единственная цель. Они хотят мира там, где находятся. Эти люди дружелюбны, любят семейную жизнь, семпаты, а также отстают. Однако то, что они делают, надежно и надежно.

    Люди, у которых последняя буква имени B, заканчивают работу поздно. Но обычно они делают лучше всех. Они любят красавиц и их любят.

  • VBUS (буква U)

    Буква U, главной планетой которой является Юпитер, является одним из последних гласных слов алфавита.Присутствие огня в их стихии — признак того, что это люди страстные и удачливые. Их таланты и интуиция сильны. Они доверяют своему внутреннему голосу. Их терпение и особенности обмена перевешивают.

    Общая отрицательная черта людей, чья первая буква — U-Ü, — это принимать индивидуальные решения и действовать по-своему.

  • VBUS (буква S)

    Буква S человек, которым управляет Сатурн, известен своей силой и учёбой.Он не стесняется сражаться и неукротим перед лицом трудностей. Он имеет значение на каждой работе, поскольку он продуктивен. Он хочет, чтобы его знала публика, она хочет, чтобы его узнали.

    Их харизматическая структура и дружелюбное поведение делают их сочувствующими. Они эмоциональны и боятся сломаться. Их могут заставить принимать решения, они склонны к немедленной реакции. У них есть естественная способность зарабатывать деньги.

Цитирование VBUS

Добавьте это сокращение в свой список источников.Мы предоставляем вам несколько форматов цитирования.

  • APA 7-й
    VBUS Значение . (2019, 24 декабря). Acronym24.Com. https://acronym24.com/vbus-meaning/
    Цитирование в тексте: ( Значение VBUS , 2019)
  • Чикаго 17-й
    «Значение VBUS». 2019. Acronym24.Com. 24 декабря 2019 г. https://acronym24.com/vbus-meaning/.
    Цитирование в тексте: («Значение VBUS», 2019)
  • Гарвард
    Сокращение24.com. (2019). VBUS Значение . [онлайн] Доступно по адресу: https://acronym24.com/vbus-meaning/ [Доступно с 1 октября 2021 г.].
    Цитата в тексте: (Acronym24.com, 2019)
  • MLA 8th
    «Значение VBUS». Acronym24.Com , 24 декабря 2019 г., https://acronym24.com/vbus-meaning/. Проверено 1 октября 2021 г.
    Цитата в тексте: («Значение VBUS»)
  • AMA
    1. Значение VBUS. Acronym24.com. Опубликовано 24 декабря 2019 г. Проверено 1 октября 2021 г. https: // acronym24.com / vbus-Meaning /
    Цитата в тексте: 1
  • IEEE
    [1] «Значение VBUS», Acronym24.com, 24 декабря 2019 г. https://acronym24.com/vbus-meaning / (по состоянию на 1 октября 2021 г.).
    Цитата в тексте: [1]
  • MHRA
    «Значение VBUS». 2019. Acronym24.Com [по состоянию на 1 октября 2021 г.]
    («Значение VBUS», 2019 г.)
  • OSCOLA
    «Значение VBUS» ( Acronym24.com , 24 декабря 2019 г.) по состоянию на 1 октября 2021 г.
    Сноска: «Значение VBUS» ( Acronym24.com , 24 декабря 2019 г.) по состоянию на 1 октября 2021 г.
  • Ванкувер
    1. Значение VBUS [Интернет]. Acronym24.com. 2019 [цитируется 1 октября 2021 года]. Доступно по адресу: https://acronym24.com/vbus-meaning/
    Цитата в тексте: (1)

USBREG — Управление регулятором USB

Периферийное устройство USB имеет собственный регулятор напряжения.При использовании периферийного USB-устройства напряжение 5 В
На вывод VBUS должен быть обеспечен USB-источник питания.

Периферийное устройство USB имеет специальный внутренний регулятор напряжения для преобразования питания VBUS.
до 3,3 В для использования сигнальным интерфейсом USB (линии D + и D- и подтягивание на D +). В
остальная часть периферийного USB-устройства (USBD) питается от основного источника питания, как и другие встроенные устройства.
Особенности. Как следствие, для USB требуются как VBUS, так и комбинации VDDH и VDD.
периферийная операция.Подробные сведения о настройке основных источников питания см. В разделе «Режимы питания и регуляторы».

Когда VBUS достигает допустимого диапазона, программное обеспечение уведомляется посредством события USBDETECTED. Событие USBREMOVED отправляется, когда VBUS опускается ниже своего
допустимый диапазон. Используйте эти события для реализации последовательности запуска USBD, описанной в разделе «Последовательность включения USBD».

Когда VBUS выходит за пределы допустимого диапазона, когда устройство находится в выключенной системе, устройство перезагружается и
переходит в режим включения системы.Регистр RESETREAS
будет установлен бит VBUS, указывающий на источник пробуждения.

Уровень напряжения, при котором происходят события, см. В технических характеристиках обнаружения VBUS.
отправлено (V BUS, DETECT и V BUS, REMOVE ) или когда система вызывает пробуждение
из системы ВЫКЛ (ШИНА V , ОБНАРУЖЕНИЕ ).

Когда периферийное устройство USBD включено с помощью кнопки ВКЛЮЧИТЬ
регистр и обнаружен VBUS, регулятор включен. USBPWRRDY
событие отправляется, когда истекло время установления наихудшего случая регулятора, указывая программному обеспечению, что он может
включите подтягивание USB, чтобы сигнализировать о USB-соединении с хостом.

Программа может считывать состояние обнаружения VBUS и готовность выхода регулятора в любой момент.
время через регистр USBREGSTATUS.

Рисунок 1. USB-регулятор напряжения.



Для обеспечения стабильности вход и выход USB-регулятора должны быть развязаны с помощью
подходящий развязывающий конденсатор C VBUS . Рекомендуемые схемы см. В справочной схеме.
ценности.

USB в двух словах — Глава 2

Все устройства имеют восходящее соединение с хостом, а все хосты имеют нисходящее соединение с устройством.Соединители восходящего и нисходящего потоков механически не взаимозаменяемы, что исключает недопустимую обратную петлю.
соединения в концентраторах, например, нисходящий порт, подключенный к нисходящему порту. Обычно есть два типа
разъемы, называемые типом A и типом B, которые показаны ниже.

Разъем USB типа A Разъем USB типа B

Вилки типа A всегда обращены вверх по потоку. Сокеты типа A обычно находятся на хостах и ​​концентраторах.Например
Разъемы типа A распространены на материнских платах и ​​концентраторах компьютеров. Штекеры типа B всегда подключаются ниже по потоку и
следовательно, на устройствах встречаются розетки типа B.

Интересно найти кабели типа A и типа A, проложенные прямо, и массив
USB-смены пола в некоторых компьютерных магазинах. Это противоречит спецификации USB. Единственный
Устройства с разъемами типа A и типа A представляют собой перемычки, которые используются для соединения двух компьютеров. Другой
Запрещенные кабели — это удлинители USB с вилкой на одном конце (типа A или типа B) и розеткой на
Другие.Эти кабели нарушают требования к длине кабеля USB.

USB 2.0 включал исправления, которые вводят разъемы mini-usb B. Подробная информация об этих разъемах может быть
содержится в Уведомлении об изменении коннектора Mini-B
Причина появления мини-разъемов — в ассортименте миниатюрных электронных устройств, таких как мобильные телефоны.
и организаторы. Текущий разъем типа B слишком велик, чтобы его можно было легко интегрировать в эти устройства.

Совсем недавно была выпущена спецификация On-The-Go, которая добавляет
одноранговая связь с USB.Это вводит USB-хосты в мобильные телефоны и электронные органайзеры,
и, таким образом, включены спецификации для вилок mini-A, розеток mini-A и розеток mini-AB. я
Думаю, скоро мы будем наводнены кабелями mini-USB и целым рядом переходных кабелей mini-to-standard.

Номер контакта Цвет кабеля Функция
1 Красный В Шина (5 В)
2 Белый 9025 Зеленый D +
4 Черный Земля

В USB-кабелях используются стандартные цвета внутренних проводов, что упрощает идентификацию проводов от производителя.
производителю.Стандарт определяет различные электрические параметры кабелей. Интересно читать
детали, включенные в оригинальную спецификацию USB 1.0. Вы бы поняли это, указав электрические атрибуты, но
В параграфе 6.3.1.2 предлагается, что рекомендуемый цвет для накладок на USB-кабелях должен быть морозно-белым — как же скучно!
USB 1.1 и USB 2.0 были смягчены, чтобы рекомендовать черный, серый или естественный.

Разработчики печатных плат захотят обратиться к главе 6, где описаны стандартные отпечатки и распиновка.

Если вы не разрабатываете кремний для USB-устройства / трансивера или USB-хоста / концентратора, вам не так уж много
необходимо знать электрические характеристики в главе 7.Здесь мы кратко остановимся на основных моментах.

Как мы уже говорили, USB использует пару дифференциальной передачи данных. Это кодируется с использованием NRZI и бит
заполнены для обеспечения адекватных переходов в потоке данных. На устройствах с низкой и полной скоростью дифференциал «1» равен
передается путем подтягивания D + более 2,8 В с резистором 15 кОм, соединенного с землей, и D- ниже 0,3 В с 1,5 кОм
резистор подтянут на 3,6В. Дифференциал «0», с другой стороны, означает, что D- больше 2,8 В, а D + меньше 0.3В
с такими же соответствующими понижающими / повышающими резисторами.

Приемник определяет дифференциал «1» как D + 200 мВ больше, чем D-, и дифференциал «0» как D + 200 мВ меньше
чем D-. Полярность сигнала инвертируется в зависимости от скорости шины. Следовательно, термины «J» и
«K» состояния используются для обозначения логических уровней. На низкой скорости состояние «J» означает дифференциал 0. На высокой скорости
состояние «J» — это дифференциал 1.

USB-трансиверы будут иметь как дифференциальные, так и несимметричные выходы.Определенные состояния шины обозначаются значком
несимметричные сигналы на D +, D- или на обоих. Например, односторонний ноль или SE0 можно использовать для обозначения
сброс устройства при удерживании более 10 мс. SE0 генерируется удержанием как D-, так и D + низкого уровня (

Низкоскоростная / полноскоростная шина имеет характеристическое сопротивление 90 Ом +/- 15%. Поэтому важно
соблюдайте техническое описание при выборе последовательных резисторов с согласованным сопротивлением для D + и D-. Любой хороший лист данных
следует указать эти значения и допуски.

В режиме высокой скорости (480 Мбит / с) используется постоянный ток 17,78 мА для передачи сигналов с целью уменьшения шума.

Устройство USB должно указывать свою скорость, подтягивая линию D + или D- к уровню 3,3 вольт. Полноскоростное устройство,
на изображении ниже будет использоваться подтягивающий резистор, подключенный к D +, чтобы указать себя как полноскоростное устройство. Эти тянут
резисторы вверх на конце устройства также будут использоваться хостом или концентратором для обнаружения присутствия подключенного устройства.
в свой порт. Без подтягивающего резистора USB предполагает, что к шине ничего не подключено.Некоторые устройства имеют это
резистор, встроенный в его кремний, который можно включать и выключать под управлением прошивки, для других требуется внешний
резистор.

Например, Philips Semiconductor использует технологию SoftConnect TM . При первом подключении к шине это позволяет
микроконтроллер для инициализации функционального устройства USB перед включением резистора идентификации скорости подтягивания,
указывает на то, что устройство подключено к шине. Если подтягивающий резистор был подключен к шине V , это указывало бы на наличие неисправности.
устройство было подключено к шине, как только вставлен штекер.Затем хост может попытаться перезагрузить устройство.
и запрашивать дескриптор, когда микропроцессор даже не начал инициализировать устройство с функцией USB.

Другие производители, такие как Cypress Semiconductor, также используют программируемый резистор для повторной нумерации TM .
в их устройствах EzUSB, где одно устройство может быть перечислено для одной функции, такой как программирование на месте, тогда
отключен от шины под управлением микропрограммного обеспечения и зарегистрирован как другое другое устройство, и все это без участия пользователя
поднятие века.Многие устройства EzUSB не имеют флэш-памяти или OTP ROM для хранения кода. Они загружены
при подключении.

Рисунок 2: Полноскоростное устройство с подтягивающим резистором, подключенным к D +
Рисунок 3: Низкоскоростное устройство с подтягивающим резистором, подключенным к D-

Вы заметите, что мы не включили определение скорости для режима High Speed. Скоростные устройства начнутся
подключение как полноскоростное устройство (1.От 5 кОм до 3,3 В). После того, как он был присоединен, он будет издавать высокоскоростной щебетание во время
сбросить и установить высокоскоростное соединение, если концентратор поддерживает это. Если устройство работает в высокоскоростном режиме,
затем подтягивающий резистор удаляется, чтобы сбалансировать линию.

Устройство, совместимое с USB 2.0, не требуется для поддержки высокоскоростного режима. Это позволяет производить более дешевые устройства.
если скорость не критична. Это также относится к низкоскоростным устройствам USB 1.1, которые не обязаны поддерживать
полная скорость.

Однако высокоскоростное устройство не должно поддерживать низкоскоростной режим. Он должен поддерживать только полноскоростной режим, необходимый для подключения
сначала, затем высокоскоростной режим, если он будет успешно согласован позже. Нисходящее устройство, совместимое с USB 2.0
(Концентратор или хост) должен поддерживать все три режима: высокую скорость, полную скорость и низкую скорость.

Одно из преимуществ USB — устройства с питанием от шины — устройства, которые получают питание от шины и не требуют
комплекты внешних разъемов или дополнительные кабели. Однако многие выбирают этот вариант, не учитывая предварительно все
необходимые критерии.

USB-устройство указывает свою потребляемую мощность, выраженную в единицах 2 мА, в дескрипторе конфигурации, который мы будем
подробно рассмотрим позже. Устройство не может увеличить свое энергопотребление больше, чем указано во время
перечисление, даже если оно теряет внешнее питание. Есть три класса функций USB:

  • Функции с питанием от шины с низким энергопотреблением
  • Функции с питанием от шины высокой мощности
  • Функции с автономным питанием

Функции с питанием от шины с низким энергопотреблением потребляют всю свою мощность от шины V BUS и не могут потреблять больше одного
удельная нагрузка.Спецификация USB определяет единичную нагрузку как 100 мА. Функции с питанием от шины малой мощности также должны быть
разработан для работы до напряжения V BUS , равного 4,40 В, и до максимального напряжения 5,25 В, измеренного при
пробка восходящего потока устройства. Для многих устройств с напряжением 3,3 В обязательны регуляторы LDO.

Функции с питанием от шины высокой мощности потребляют всю мощность от шины и не могут потреблять более одного устройства.
нагрузки до тех пор, пока он не будет настроен, после чего он может потреблять 5 единиц нагрузки (макс. 500 мА) при условии, что он запросил
это в его дескрипторе.Функции шины высокой мощности должны быть способны обнаруживаться и перечисляться при минимальном напряжении 4,40 В.
При работе с полной нагрузкой модуля минимальное напряжение V BUS составляет 4,75 В, а максимальное — 5,25 В.
Еще раз, эти измерения производятся на заглушке выше по потоку.

Функции собственного питания могут потреблять до 1 единицы нагрузки от шины, а остальную часть энергии получать от внешнего
источник. Если этот внешний источник выйдет из строя, в нем должны быть предусмотрены средства для отвода не более 1 единицы нагрузки от
автобус.Функции с автономным питанием легче разработать в соответствии со спецификацией, поскольку нет особых проблем с
потребляемая мощность. Нагрузка с питанием от шины 1 единица позволяет обнаруживать и перечислять устройства без сети / вторичной обмотки.
приложено питание.

Ни одно USB-устройство, будь то питание от шины или автономное, не может управлять шиной V BUS на своем восходящем порте. Если
V Шина потеряна, у устройства есть длительные 10 секунд, чтобы отключить питание от используемых подтягивающих резисторов D + / D-.
для определения скорости.

Другими соображениями по V BUS являются пусковой ток, который должен быть ограничен. Это указано в USB
параграф 7.2.4.1 спецификации, который обычно упускается из виду. Пусковой ток вносит свой вклад в
емкость на вашем устройстве между V BUS и землей. Поэтому в спецификации указывается, что максимальная
развязывающая емкость, которую вы можете иметь на своем устройстве, составляет 10 мкФ. Когда вы отключаете устройство после того, как ток
Проходя через индуктивный кабель USB, на открытом конце кабеля может возникнуть большое обратное напряжение.Для предотвращения этого требуется минимальная развязывающая емкость V BUS , равная 1 мкФ.

Для типичного устройства с питанием от шины он не может потреблять ток более 500 мА, что не является необоснованным. И что
Вы спросите, какое осложнение? Возможно, режим ожидания?

Режим ожидания обязателен на всех устройствах. Во время приостановки вступают в силу дополнительные ограничения. Максимум
ток приостановки пропорционален единичной нагрузке. Для устройства с нагрузкой на 1 шт. (По умолчанию) максимальная приостановка
ток 500uA.Сюда входит ток подтягивающих резисторов на шине. В хабе как D-, так и D +
имеют понижающие резисторы на 15 кОм. В целях энергопотребления понижающий резистор на
устройство подключено последовательно с подтягиванием 1,5 кОм, что составляет общую нагрузку 16,5 кОм на V TERM из
обычно 3,3 В. Следовательно, этот резистор потребляет 200 мкА еще до того, как мы начнем.

Еще одно соображение для многих устройств — это стабилизатор на 3,3 В. Многие USB-устройства работают от 3,3 В. В
PDIUSBD11 — один из таких примеров.Линейные регуляторы обычно довольно неэффективны при среднем состоянии покоя.
токи порядка 600 мкА, поэтому требуются более эффективные и, следовательно, дорогие регуляторы.
В большинстве случаев вам также необходимо замедлить или остановить часы на микроконтроллерах, чтобы они не выходили за пределы допустимого диапазона.
Лимит 500uA.

Многие разработчики спрашивают на форуме разработчиков USB, каковы сложности при превышении этого лимита? Это
Понятно, что большинство хостов и концентраторов не в состоянии обнаружить такую ​​перегрузку.
и, таким образом, если вы потребляете 5 мА или даже 10 мА, все будет в порядке, учитывая, что в конце
день, когда ваше устройство нарушает спецификации USB.Однако при нормальной работе, если вы попытаетесь превысить
100 мА или назначенная допустимая нагрузка, затем ожидайте, что концентратор или хост обнаружит это и отключит ваш
устройство в интересах целостности автобуса.

Конечно, этих проблем с дизайном можно избежать, если вы решите разработать устройство с автономным питанием. Приостановить токи
может не вызывать большого беспокойства для настольных компьютеров, но с введением спецификации On-The-Go мы
начнет видеть USB-хосты, встроенные в мобильные телефоны и мобильные органайзеры.Потребляемая мощность от
эти устройства могут отрицательно сказаться на сроке службы батареи.

USB-устройство переходит в режим ожидания, если на шине нет активности более 3,0 мс. Затем он имеет
еще 7 мсек, чтобы выключить устройство и потреблять не больше, чем обозначенный ток приостановки, и, следовательно, должен быть только
получение номинального тока приостановки от шины через 10 мс после прекращения работы шины. Чтобы поддерживать связь
к подвесному концентратору или хосту, устройство должно по-прежнему обеспечивать питание своих резисторов выбора скорости подтягивания во время
приостановить.

У USB есть пакет начала кадра или пакет подтверждения активности, периодически отправляемый по шине. Это предотвращает простаивающую шину
переход в ждущий режим при отсутствии данных.

  • По высокоскоростной шине микрокадры будут отправляться каждые 125,0 мкс ± 62,5 нс.
  • Полноскоростная шина будет передавать кадры каждые 1.000 мс ± 500 нс.
  • Низкоскоростная шина будет иметь активизацию, которая представляет собой EOP (конец пакета) каждые 1 мс только при отсутствии
    любые данные с низкой скоростью.

Термин & QUOT; Global Suspend & QUOT; используется, когда вся шина USB одновременно переходит в ждущий режим.тем не мение
выбранные устройства можно приостановить, отправив хабу команду о том, что устройство тоже подключено. Это упомянуто
как & QUOT; Выборочная приостановка. & QUOT;

Устройство возобновит работу, когда получит любую сигнализацию, не связанную с бездействием. Если на устройстве включен удаленный пробуждение
затем он может сигнализировать хосту о возобновлении работы из режима ожидания.

Еще одна область, о которой часто забывают, — это устойчивость часов USB. Это указано в
Спецификация USB, раздел 7.1.11.

  • Высокоскоростные данные синхронизируются со скоростью 480,00 Мбит / с с допуском передачи сигналов данных ± 500 ppm.
  • Данные на полной скорости синхронизируются со скоростью 12 000 Мбит / с с допуском передачи сигналов данных ± 0,25% или 2,500 частей на миллион.
  • Низкоскоростные данные синхронизируются со скоростью 1,50 Мбит / с с допуском передачи сигналов данных ± 1,5% или 15 000 ppm.

Это позволяет использовать резонаторы для недорогих низкоскоростных устройств, но исключает их для полноскоростных или высокоскоростных устройств.

USB-порт

USB 2.0 Спецификация,
Раздел 7.2.2 Спецификация USB 3.x
, Раздел 11.4.2 Приложение «На ходу» и встроенного хоста
к USB версии 2.0
Технические характеристики, раздел 4.2.1
Технические характеристики зарядки аккумулятора, редакция 1.2, раздел 4.2.1
Vbus до 5,5 В ECN

Испытание падения напряжения — это измерение постоянного тока, которое может быть выполнено с помощью регулятора
Цифровой мультиметр или осциллограф путем измерения
напряжение через Vbus и GND на крепеж.

Это
однако слишком часто продукты не соответствуют этим требованиям, что вызывает
серьезные проблемы на рынке.Проблемы только увеличиваются сейчас
больше устройств, потребляющих больше тока для зарядки своих
батареи через USB.

Для
каждый выходной порт Vbus должен быть измерен
без
load и со всеми портами, загруженными с наихудшей нагрузкой. В
напряжение никогда не должно превышать 5,5 В. Сколько стоит нагрузка на каждый
порт и насколько может упасть напряжение (Vbus мин)
зависит от
следующий:

Нисходящий поток
порт тестируемый
Нагрузка (мА) Vbus мин (В)
(*)
USB 2.0 Концентратор с питанием от шины 100 4,4
Концентратор USB 2.0 с автономным питанием 500 4,75
Концентратор USB 3.x с автономным питанием 900 4,75
ПК Хост-система USB 2.0 500 4,75
ПК USB 3.x Хост-система 900 4,75
Встроенный хост и OTG-A USB 2.0 с низким энергопотреблением (TPL
Imax <100 мА)
ОСАГО (**) 4.4
Встроенный хост и OTG-A USB 2.0 высокой мощности (TPL
Imax> = 100 мА)
ОСАГО (**) 4,75
Встроенный хост и OTG-A USB 3.x ОСАГО (**) 4,75
BC 1.2 Концентратор с поддержкой CDP, встроенный хост или порт хоста 1500 4,75

Откидной столик

(*) Мин.
ценности
в приведенной выше таблице являются значениями постоянного тока и не принимают переходных процессов.
напряжение во внимание.
(**) Максимальная нагрузка на
Встроенный хост и OTG-A есть
в зависимости от ОСАГО.

При измерении снимают
Следует учитывать сопротивление кабеля / падение напряжения, что может быть значительным при высоких токах. Например, если вы
имеют сопротивление 0,25 Ом для кабеля и разъемов, а также ток
из
900мА у вас будет
падение напряжения 0,225 В. Следовательно
измерение следует проводить как можно ближе к А-розетке.
возможно, и если возможно, вы можете измерить на розетке A Vbus / GND
паяльная площадка.Измерение на розетке А — это
местоположение, которое спецификации USB определяют для измерения, но поскольку
это
часто слишком труднодоступен, возможно, вы используете приспособление, а также, возможно,
кабель между ними, знайте, что они дадут дополнительные
падение напряжения.

Keep
в
следующий пункт для тестирования:
— При измерении нагрузки Vbus на хост или концентратор с помощью соединения
устройство в худшем
кейс
власть
потребление.
— Во время тестирования используйте блок питания, который используется на рынке и
когда
изменение питания перепроверьте падение Vbus.
— Многие устройства на рынке требуют больше
ток тогда разрешен, поэтому рекомендуется брать больше маржи и
следовательно
тест с нагрузками.
— Многие концентраторы с автономным питанием также работают в режиме питания от шины, но
не заявлять об этом через их дескриптор для этих хабов, это не
возможно для
пройти тест на падение Vbus при загрузке нескольких
нисходящие порты соответственно
к приведенной выше таблице.
— Используйте официальную
одобренное приспособление USB-IF можно найти в магазине.

Подробнее
инфо:

USB-IF
процедура дроп дуппа

ВАЖНО!

В процедуре USB-IF используется подход резистивной нагрузки, что является типичной не наихудшей токовой нагрузкой.Лучшим подходом было бы использование источника тока для загрузки Vbus и использование кабелей измерения нагрузки Vbus для выполнения точных измерений.

Вот более подробная информация о том, как сделать более точные измерения.

Максимально допустимый наихудший сценарий в спецификации:
USB 2.0

USB 3.x

Тестеры соответствия USB Packet-Master

Прорыв Type-C
Устройство позволяет исследовать сигналы в Type-C
кабельное соединение, которое можно проверить и прервать.Эти сигналы:

Следующие сигналы можно отслеживать, но нельзя прерывать:

Прорыв Type-C
Блок предназначен для использования разработчиками PD и Type-C.
Функциональность устройств, поскольку она дает возможность
доступ к соответствующему сигналу в кабеле Type-C без
влияющие на операцию..

Подключение VBUS
снабжен контуром измерения тока, позволяющим
Измерения тока VBUS с использованием соответствующего прицела.

Таблица 1 — Детали подключения

С-образная пробка

Контрольная точка /
Положение об отключении

С-разъем
Пин No Название сигнала Пин No Название сигнала
A4, B4, A9, B9 VBUS Контрольная точка ‘VBUS R’ Контрольная точка ‘VBUS P’ A4, B4, A9, B9 VBUS
Мост VBUS с прямым соединением или
токовая петля измерения
A7
(B7 без подключения)
D- Контрольная точка ‘USB Data D-‘
плюс соответствующая контрольная точка GND
A7, B7 D-
A6
(B6 без подключения)
D + Test Point «USB Data D +» плюс связанный
Контрольная точка GND
A6, B6 D +
A1, B1, A12, B12 ЗЕМЛЯ Контрольная точка GND x 3 A1, B1, A12, B12 ЗЕМЛЯ
A5 CC Контрольная точка CC R
плюс соответствующая контрольная точка GND
Контрольная точка CC P
плюс соответствующая контрольная точка GND
A5 CC1
Мост CC с заголовком ссылки
B5 VCONN Контрольная точка ‘VCONN R’
плюс соответствующая контрольная точка GND
Контрольная точка ‘VCONN P’
плюс соответствующая контрольная точка GND
B5 CC2
Мост VCONN с заголовком ссылки
A8 СБУ1 Контрольная точка SBU1 R
плюс соответствующая контрольная точка GND
Контрольная точка SBU1 P
плюс соответствующая контрольная точка GND
СБУ1 A8
Мост SBU1 с заголовком ссылки
B8 СБУ2 Контрольная точка SBU2 R
плюс соответствующая контрольная точка GND
Контрольная точка SBU2 P
плюс соответствующая контрольная точка GND
СБУ2 B8
Мост SBU2 с заголовком ссылки
A2 TX1 + Прямое соединение A2 TX1 +
A3 TX1- Прямое соединение A3 TX1-
B11 RX1 + Прямое соединение B11 RX1 +
B10 RX1- Прямое соединение B10 RX1-
B2 TX2 + Прямое соединение B2 TX2 +
B3 TX2- Прямое соединение B3 TX2-
A11 RX2 + Прямое соединение A11 RX2 +
A10 RX2- Прямое соединение A10 RX2-
Щит S Прямое соединение S Щит

Примечание 1: Для удобства
названия сигналов предполагают, что разъем является
нормальный путь вверх.Если соединитель перевернут, то CC
и VCONN меняются местами с SBU1 и SBU2 соответственно.

Примечание 2: мосты обычно следует устанавливать, если не требуется.
быть разбитым в целях инженерного развития.

Прорыв Type-C
Поставляется в защитном футляре для переноски, который
также включает петлю измерения тока VBUS для использования
с токовым пробником осциллографа.

8. Использование VCC или VBUS для подачи питания

Обычно, когда вы программируете AVR или используете последовательный разъем USB-to-TTL программатора, устройство, с которым вы взаимодействуете, должно получать питание от собственного источника питания.По умолчанию программатор не подает питание на свои выводы VCC. Однако, если вы хотите запитать слаботочную нагрузку с малой емкостью, вы можете настроить VCC как выход с помощью программного обеспечения для настройки программатора. Когда VCC является выходом, его напряжение будет либо 3,3 В, либо 5 В, и это определяется настройкой программатора «Режим регулятора».

Если ваша целевая плата имеет слишком большую емкость на VCC, это может привести к отключению программатора или к сбоям в USB-соединении.Программатор Pololu USB AVR Programmer v2 не может работать с емкостью более нескольких мкФ на VCC. Программатор Pololu USB AVR v2.1 имеет улучшенный переключатель питания с контролируемой скоростью нарастания, поэтому он может питать целевые платы с напряжением до 33 мкФ на VCC. Программатор Pololu USB AVR v2.1 все еще может испытывать аварийный сброс, когда вы подключаете его к цели с емкостью более нескольких мкФ, но после выхода из строя он часто может восстанавливаться и подавать питание на цель.

Не следует подключать VCC к выходу любого другого устройства, так как это может вызвать короткое замыкание.Вы не должны потреблять ток более 80 мА от VCC.

В качестве альтернативы вы можете использовать вывод VBUS программатора для питания внешних устройств. Этот контакт подключается непосредственно к силовой линии USB-кабеля. Как и в случае с выходом VCC, вы не должны потреблять более 80 мА, и у вас не должно быть слишком большой емкости.

Обычно безопаснее использовать выход VCC, чем использовать VBUS. Питание, подаваемое на выход VCC, проходит через диод, который предотвращает протекание тока обратно в порт USB, и линейный регулятор программатора, который имеет ограничение по току.Контакт VBUS не обеспечивает защиты, поэтому существует более высокий риск того, что вы случайно что-то повредите.

.