Схема питания через usb

Схема питания через usb

USB (универсальная последовательная шина) – Интерфейс передачи данных USB сегодня распространён повсеместно, используется практически во всех устройствах телефонах, ПК, МФУ, магнитофонов и в других устройствах применяются как для передачи данных так и для зарядки батарей телефона.

Виды разъёмов USB.

Существует большое количество разновидностей типов разъёмов ЮСБ. Все они показаны ниже.

Тип А — активное, питающее устройство (компьютер, хост). Тип B — пассивное, подключаемое устройство (принтер, сканер)

Распиновка usb кабеля по цветам.

Распиновка Usb 2.0.

USB является последовательная шина. Он использует 4 экранированных провода: два для питания (+ 5v & GND) и два для дифференциальных сигналов данных (помечены как D + и D-).

USB micro

USB micro используется с 2011 г. в телефонах, Mp3 и в других устройствах. Micro — это более новая разновидность разъема mini. У него есть преимущество в соединение разъемов, разъем соединен плотно со штекером и обеспечивает плотное соединения.

USB (Universal Serial Bus) — это универсальный последовательный интерфейс, позволяющий подключать к компьютеру разнообразные периферийные устройства и одновременно обеспечивать их питанием +5 В. Интерфейс USB в быту часто называют «шиной», но это тавтология, поскольку слово «Bus» переводится с технического английского языка как «шина».

Днем рождения USB считают 15 января 1996 г., когда вышла в свет первая спецификация параметров USB-1.0. Инициировали создание интерефейса фирмы Compaq Computer, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC, Nortel. Известно несколько спецификаций USB, но для MK общего назначения из них годятся только USB-1.1 и USB-2.0 (Табл. 4.4).

Таблица 4.4. Хронология спецификаций интерфейса USB

Исправлены неточности начальной версии

Увеличена скорость, добавлены разъёмы miniUSB

Беспроводной USB на расстоянии 3…10 м

Увеличена скорость и ток питания, изменён разъём

Почему же интерфейс USB вытесняет из компьютеров привычные СОМ- и LPT-порты, переводя их в разряд «legacy» (устаревшие)? Причин несколько:

• повышенная в 10… 1000 раз скорость передачи данных;

• улучшенная помехозащищённость (дифференциальные сигналы);

• простота организации питания и возможность «горячего» подключения;

• высокая достоверность, ввиду аппаратного исправления ошибок;

• возможность разветвления сигналов от одного разъёма через хабы.

Недостатки USB: относительно малый радиус действия 1.8…5 м (без хабов), необходимость установки специфических драйверов в операционной системе, сложность программирования, особенно, для неподготовленных пользователей.

Разъёмы USB-1.1 и USB-2.0 бывают двух типов «А» и «В» (Рис. 4.14, a…r), Тип «А» обозначает принадлежность к ведущему устройству (компьютер, хаб), тип «В» — к ведомому устройству (MK, принтер, «мышь», модем). В самодельных конструкциях, как правило, используются разъёмы «Standard-А», «Standard-В».

Рис. 4.14. Внешний вид USB-разъёмов: а) «Standard» в компьютере; б) «Standard» в удалённом устройстве; в) miniUSB; г) microUSB.

Назначение контактов разъёмов USB-1.1, USB-2.0 показано в Табл. 4.5. Здесь учтено существование миниатюрных пятиконтактных (5-pin) разъёмов miniUSB и microUSB, применяемых, в частности, в мобильныхтелефонах.

Таблица 4.5. Раскладка сигналов интерфейса USB

Электрические параметры и функциональное назначение всех цепей одинаково вне зависимости от типа разъёма. Стандартная длина USB-кабелей: «А-А»—1.5; 3.0; 5.0 м, «А-В» — 0.5; 1.0; 1.8; 3.0; 5.0 м. Разъёмы выдерживают ток 1…1.5 А, ёмкость между контактами составляет 2 пФ, сопротивление контактов 30…50 мОм.

Цепь «VBus» согласно стандарту рассчитана на ток не более 100 мА. Программно его можно повысить до 500 мА, если аппаратная часть позволяет это сделать. На практике во многих материнских платах цепь «VBus» соединяется напрямую с блоком питания +5 В компьютера. Поэтому надо соблюдать осторожность, чтобы не случилось короткое замыкание на общий провод. В противном случае сработает защита и компьютер аварийно выключится, не сохранив информацию.

Различают режимы с низкой LS (Low Speed, до 1.5 Мбит/с) и полной FS (Fast Speed, до 12 Мбит/с) скоростью передачи данных. Каждый из режимов имеет свои схемотехнические и программные особенности (Рис. 4.15, a…y).

Рис. 4.15. Схемы подключения компьютера через интерфейс USB к MK (начало):

а) резистор R1 служит опознавательным знаком для компьютера, что удалённое устройство (в данном случае MK) работает в низкоскоростном LS-режиме. Элементы VD1, VD2, R2, R3 огричивают амплитуду сигналов от MK в компьютер до уровня +3.3…+3.6 В. Желательно применить стабилитроны VD1, VD2 с низкой ёмкостью, т.е. в стеклянном корпусе или SMD;

Читайте также:  Служебные жилые помещения это

б) MK получает питание +5 В от компьютера через разъём XS1 и фильтр L1, C7, C2. Делитель R1, R2 эквивалентен опознавательному резистору R1, что на Рис. 4.15, а. Напряжение в средней точке делителя близко к +3.3 В, следовательно компьютер настраивается в режим с низкой скорости обмена данными LS. Резистор &2может отсутствовать, что проверяется экспериментально для каждой конкретной материнской платы компьютера;

в) особенность схемы — низковольтное питание MK. Конденсаторы С/, С2устраняют «звон» на фронтах сигналов. Резистор R2 не обязателен. Его ставят к питанию или к GND, чтобы вход MK «не висел в воздухе», если предусматривается работа при отключённом USB-кабеле;

г) аналогично Рис.4.15, б, но с одним опознавательным резистором R3, который подключается к цепи «VBus» компьютера. Питание MK может отличаться от стандартных +5 В;

д) аналогично Рис. 4.15, б, но с одним опознавательным резистором R3, который физически подключается к источнику питания +5 В при ВЫСОКОМ уровне на выходной линии MK. Достоинство — возможность программного отключения устройства от USB, для чего на выходе MK надо установить НИЗКИЙ уровень;

е) специализированный MK с встроенным интерфейсом USB-2.0, например, из серии PIC18Fxx5x. Конденсатор C1 шунтирует узел внутреннего ИОН по высокой частоте. Опознавательные резисторы находятся внутри MK. Скорость обмена LS или FS задаётся программно;

ж) специализированный MK имеет встроенный аппаратный интерфейс USB-2.0. Напряжение на выводе KREF узла ИОН составляет +3.3 В. Это позволяет подключить к нему опознавательный резистор R3, который расценивается компьютером как знак того, что удалённое устройство (в данном случае MK) готово работать в высокоскоростном FS-режиме. Дроссель L1 устраняет высокочастотные помехи, генерируемые от MK в линию «VBus» и излучаемые через провода соединительного кабеля. Конденсаторы С/, C2 сглаживают «звон» на фронтах сигналов;

з) защита информационных цепей интерфейса USB сборкой сапрессоров DA1 (фирма Texas Instruments), которые выдерживают импульсы тока 3…9 А;

и) два способа уменьшения ВЧ-излучений — введение дросселей L1, L2 и экранирование разъёма XS1. Рекомендуемые парамеры дросселей: постоянный ток не менее 0.5 А, сопротивление 220…600 Ом на частоте 100 МГц. Иногда ставят дроссели упрощённой конструкции, например, в виде провода, пропущенного через ферритовую трубку («Koralik»), или же наматывают несколько витков провода ПЭВ-0.2 на ферритовое кольцо подходящего диаметра;

к) MK получает питание от разъёма USB через стабилизатор DA1. Остальным узлам устройства доступны на выбор два напряжения: +3.3 В или +5 В, при этом суммарная нагрузка по току не должна превышать 0.1 А. Вместо DA1 можно поставить два последовательных диода 1 N4148;

л) защита входных цепей интерфейса XS1 самовосстанавливающимся предохранителем FU1 и поверхностно-монтируемыми варисторами RUl…RU3

м) предохранитель FU1 может быть обычным или Polyswitch. П-образный LC-фильтр на элементах L/, C1…C3снижает помехи по питанию от MK к компьютеру и от компьютера к MK;

Рис. 4.15. Схемы подключения компьютера через интерфейс USB к MK (продолжение):

н) фильтрация напряжения питания производится элементами C1…C4, R1 о) светодиод HL1 выполняет две функции. Во-первых, индицирует рабочее состояние MK, во-вторых, снижает его напряжение питания с +5 до +3.3 В;

с) особенности — другой тип DA1 с другой цоколевкой выводов, светодиоды HL1, НЬ2цдя индикации приёма/передачи, местный (SB1) и удалённый (VT1) сброс MK;

т) конвертор USB-UART на микросхеме DA1 фирмы FTDI. Программно формируемый сигнал НИЗКОГО уровня на выводе RTS# удалённо сбрасывает MK через диод VD1;

у) конвертор USB-UART на микросхеме DA1 фирмы Silicon Laboratories. MK получает питание +3 В от внутреннего стабилизатора микросхемы DA1.

Источник: Рюмик, С. М., 1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 2 / С. М. Рюмик. — М.:ЛР Додэка-ХХ1, 2011. — 400 с.: ил. + CD. — (Серия «Программируемые системы»).

Интерфейс USB – популярный вид технологической коммуникации на мобильных и других цифровых устройствах. Разъемы подобного рода часто встречаются на персональных компьютерах разной конфигурации, периферийных компьютерных системах, на сотовых телефонах и т.д.

Особенность традиционного интерфейса – USB распиновка малой площади. Для работы используются всего 4 пина (контакта) + 1 заземляющая экранирующая линия. Правда, последним более совершенным модификациям (USB 3.0 Powered-B или Type-C) характерно увеличение числа рабочих контактов. О чем мы и будем говорить в этом материале. Также опишем структуру интерфейса и особенности распайки кабеля на контактах разъемов.

Читайте также:  Шторы из габардина плюсы и минусы

Виды разъемов USB

Аббревиатура «USB» несет сокращенное обозначение, которое в целостном виде читается как «Universal Series Bus» – универсальная последовательная шина, благодаря применению которой осуществляется высокоскоростной обмен цифровыми данными.

Универсальность USB интерфейса отмечается:

  • низким энергопотреблением;
  • унификацией кабелей и разъемов;
  • простым протоколированием обмена данных;
  • высоким уровнем функциональности;
  • широкой поддержкой драйверов разных устройств.

Какова же структура USB интерфейса, и какие существуют виды ЮСБ технологических разъемов в современном мире электроники? Попробуем разобраться.

Технологическая структура интерфейса USB 2.0

Разъемы, относящиеся к изделиям, входящим в группу спецификаций 1.х – 2.0 (созданные до 2001 года), подключаются на четырехжильный электрический кабель, где два проводника являются питающими и ещё два – передающими данные.

Также в спецификациях 1.х – 2.0 распайка служебных ЮСБ разъемов предполагает подключение экранирующей оплётки – по сути, пятого проводника.

Существующие исполнения соединителей универсальной последовательной шины отмеченных спецификаций представлены тремя вариантами:

  1. Нормальный – тип «А» и «В».
  2. Мини – тип «А» и «В».
  3. Микро – тип «А» и «В».

Разница всех трёх видов изделий заключается в конструкторском подходе. Если нормальные разъемы предназначены для использования на стационарной технике, соединители «мини» и «микро» сделаны под применение в мобильных устройствах.

Поэтому два последних вида характеризуются миниатюрным исполнением и несколько измененной формой разъема.

Таблица распиновки стандартных соединителей типа «А» и «В»

Контакт Спецификация Проводник кабеля Функция
1 Питание + Красный (оранжевый) + 5В
2 Данные – Белый (золотой) Data –
3 Данные + Зеленый Data +
4 Питание – Черный (синий) Земля

Наряду с исполнением разъемов типа «мини-А» и «мини-В», а также разъемов типа «микро-А» и «микро-В», существуют модификации соединителей типа «мини-АВ» и «микро-АВ».

Отличительная черта таких конструкций – исполнение распайки проводников ЮСБ на 10-пиновой контактной площадке. Однако на практике подобные соединители применяются редко.

Таблица распиновки интерфейса Micro USB и Mini USB соединителей типа «А» и «В»

Контакт Спецификация Проводник кабеля Функция
1 Питание + Красный + 5В
2 Данные – Белый Data –
3 Данные + Зеленый Data +
4 Идентификатор Хост – устройство
5 Питание – Черный Земля

Технологическая структура интерфейсов USB 3.х

Между тем совершенствование цифровой аппаратуры уже к моменту 2008 года привело к моральному старению спецификаций 1.х – 2.0.

Эти виды интерфейса не позволяли подключение новой аппаратуры, к примеру, внешних жестких дисков, с таким расчётом, чтобы обеспечивалась более высокая (больше 480 Мбит/сек) скорость передачи данных.

Соответственно, на свет появился совершенно иной интерфейс, помеченный спецификацией 3.0. Разработка новой спецификации характеризуется не только повышенной скоростью, но также дает увеличенную силу тока – 900 мА против 500 мА для USB 2/0.

Понятно, что появление таких разъемов обеспечило обслуживание большего числа устройств, часть из которых может питаться напрямую от интерфейса универсальной последовательной шины.

Как видно на картинке выше, интерфейсы третьей спецификации имеют больше рабочих контактов (пинов), чем у предыдущей – второй версии. Тем не менее, третья версия полностью совместима с «двойкой».

Чтобы иметь возможность передавать сигналы с более высокой скоростью, разработчики конструкций третьей версии оснастили дополнительно четырьмя линиями данных и одной линией нулевого контактного провода. Дополненные контактные пины располагаются в отдельным ряду.

Таблица обозначения пинов разъемов третьей версии под распайку кабеля ЮСБ

Контакт Исполнение «А» Исполнение «B» Micro-B
1 Питание + Питание + Питание +
2 Данные – Данные – Данные –
3 Данные + Данные + Данные +
4 Земля Земля Идентификатор
5 StdA_SSTX – StdA_SSTX – Земля
6 StdA_SSTX + StdA_SSTX + StdA_SSTX –
7 GND_DRAIN GND_DRAIN StdA_SSTX +
8 StdA_SSRX – StdA_SSRX – GND_DRAIN
9 StdA_SSRX + StdA_SSRX + StdA_SSRX –
10 StdA_SSRX +
11 Экранирование Экранирование Экранирование

Между тем использование интерфейса USB 3.0, в частности серии «А», проявилось серьёзным недостатком в конструкторском плане. Соединитель обладает ассиметричной формой, но при этом не указывается конкретно позиция подключения.

Разработчикам пришлось заняться модернизацией конструкции, в результате чего в 2013 году в распоряжении пользователей появился вариант USB-C.

Читайте также:  Как сделать контейнер для генератора

Модернизированное исполнение разъема USB 3.1

Конструкция этого типа разъема предполагает дублирование рабочих проводников по обеим сторонам штепселя. Также на интерфейсе имеются несколько резервных линий.

Этот тип соединителя нашел широкое применение в современной мобильной цифровой технике.

Стоит отметить характеристики USB Type-C. Например, скоростные параметры для этого интерфейса показывают уровень – 10 Гбит/сек.

Конструкция соединителя выполнена в компактном исполнении и обеспечивает симметричность соединения, допуская вставку разъема в любом положении.

Таблица распиновки, соответствующая спецификации 3.1 (USB-C)

Контакт Обозначение Функция Контакт Обозначение Функция
A1 GND Заземление B1 GND Заземление
A2 SSTXp1 TX + B2 SSRXp1 RX +
A3 SSTXn1 TX – B3 SSRXn1 RX –
A4 Шина + Питание + B4 Шина + Питание +
A5 CC1 Канал CFG B5 SBU2 ППД
A6 Dp1 USB 2.0 B6 Dn2 USB 2.0
A7 Dn1 USB 2.0 B7 Dp2 USB 2.0
A8 SBU1 ППД B8 CC2 CFG
A9 Шина Питание B9 Шина Питание
A10 SSRXn2 RX – B10 SSTXn2 TX –
A11 SSRXp2 RX + B11 SSTXp2 TX +
A12 GND Заземление B12 GND Заземление

Следующий уровень спецификации USB 3.2

Между тем процесс совершенствования универсальной последовательной шины активно продолжается. На некоммерческом уровне уже разработан следующий уровень спецификации – 3.2.

Согласно имеющимся сведениям, скоростные характеристики интерфейса типа USB 3.2 обещают вдвое большие параметры, чем способна дать предыдущая конструкция.

Достичь таких параметров разработчикам удалось путем внедрения многополосных каналов, через которые осуществляется передача на скоростях 5 и 10 Гбит/сек, соответственно.

Кстати следует отметить, что совместимость перспективного интерфейса с уже существующим USB-C поддерживается полностью, так как разъем «Type-C» (как уже отмечалось) наделен резервными контактами (пинами), обеспечивающими многополосную передачу сигналов.

Особенности распайки кабеля на контактах разъемов

Какими-то особыми технологическими нюансами пайка проводников кабеля на контактных площадках соединителей не отмечается. Главное в таком процессе – обеспечение соответствия цвета предварительно защищенных от изоляции проводников кабеля конкретному контакту (пину).

Также, если осуществляется распайка модификаций устаревших версий, следует учитывать конфигурацию соединителей, так называемых – «папа» и «мама».

Проводник, запаянный на контакте «папы» должен соответствовать пайке на контакте «мамы». Взять, к примеру, вариант распайки кабеля по контактам USB 2.0.

Используемые в этом варианте четыре рабочих проводника, как правило, обозначены четырьмя разными цветами:

Соответственно, каждый проводник подпаивается на контактную площадку, отмеченную спецификацией разъема аналогичной расцветки. Такой подход существенно облегчает работу электронщика, исключает возможные ошибки в процессе распайки.

Аналогичная технология пайки применяется и к разъемам других серий. Единственное отличие в таких случаях – большее число проводников, которые приходится паять. Чтобы упростить себе работу, удобно использовать специнструмент – надежный паяльник для пайки проводов в домашних условиях и стриппер для снятия изоляции с концов жил.

Независимо от конфигурации соединителей, всегда используется пайка проводника экрана. Этот проводник запаивается к соответствующему контакту на разъеме, Shield – защитный экран.

Нередки случаи игнорирования защитного экрана, когда «специалисты» не видят смысла в этом проводнике. Однако отсутствие экрана резко снижает характеристики кабеля USB.

Поэтому неудивительно, когда при значительной длине кабеля без экрана пользователь получает проблемы в виде помех.

Распаивать кабель USB допускается разными вариантами, в зависимости от конфигурации линий порта на конкретном устройстве.

К примеру, чтобы соединить одно устройство с другим с целью получения только напряжения питания (5В), достаточно спаять на соответствующих пинах (контактах) всего две линии.

Выводы и полезное видео по теме

Представленный ниже видеоролик поясняет основные моменты распиновки соединителей серии 2.0 и других, визуально поясняет отдельные детали производства процедур пайки.

Владея полной информацией по распиновке соединителей универсальной последовательной шины, всегда можно справиться с технической проблемой, связанной с дефектами проводников. Также эта информация обязательно пригодится, если потребуется нестандартно соединять какие-то цифровые устройства.

Хотите дополнить изложенный выше материал полезными замечаниями или ценными советами по самостоятельной распайке? Пишите комментарии в блоке ниже, добавляйте, при необходимости, уникальные фотоматериалы.

Может у вас остались вопросы после прочтения статьи? Задавайте их здесь – наши эксперты и компетентные посетители сайта постараются прояснить непонятные моменты.

Ссылка на основную публикацию
Сушилки для рук для дома
Сушилка для рук – удобный и незаменимый элемент бытовой техники в ванной комнате. Данный аппарат особенно популярен в санузлах в...
Стык плитки и паркета без порожка
В области соединения разнородных напольных покрытий всегда оставляется зазор, призванный компенсировать сезонные изменения геометрических размеров паркета, ламината, керамики и т.п....
Стык полотен натяжного потолка
Натяжные потолки производятся из ПВХ-пленки. Они надежны, прочны, долговечны и превосходно смотрятся внешне. Однако, есть одно маленькое замечание – самый...
Сушильная машина что это такое
Необходимость сушильной машины – спорный вопрос. Спорный только для тех, кто живёт в частном доме, в экологически чистом месте и...
Adblock detector