Переключатель usb что это такое

Обновлено: 03.07.2024

Скорее всего, вы сейчас или скоро будете внедрять USB в свою встраиваемую систему. Это потому, что USB используется везде!

Сложно предсказать, сколько в мире каналов USB 2.0 (480 Мбит/с) или USB 3.0 (5 Гбит/с), потому что USB (почти) так же распространен, как светодиоды.

Но если посмотреть на некоторые ультрамобильные устройства с интерфейсом USB, можно получить некоторое представление о том, насколько популярен USB: 317 млн компьютеров, 321 млн планшетов и 2 млрд мобильных телефонов (источник: Gartner Device Shipments, июль 2014 г.). И каждый из недавно анонсированных Apple ультратонких MacBook будет оснащен новейшим — и невероятно гибким — разъемом Enhanced SuperSpeed USB 3.1 Type-C.

Послушайте, пожалуйста. Я собираюсь рассказать вам о трех вещах, которые вам нужно знать о USB-переключателях — цифровых мультиплексорах и кроссбарах, которые разветвляют USB-сигналы в большинстве встраиваемых систем. Мы будем придерживаться USB 2.0 и 3.0, так как они составляют большую часть рынка.

<р>1. Скорости USB, разводка контактов и переключатели
Переключатель USB — это, по сути, MUX/De-MUX, который двунаправленно перемещает USB-сигналы между несколькими портами и поддерживает соответствие спецификациям USB-IF. Наиболее распространенной конфигурацией коммутатора является 2:1, хотя возможны и другие конфигурации, такие как PI2USB4122 Pericom Semiconductor 4:1.

Хотя USB 1.1 и 2.0 имеют относительно низкую скорость, частота 5 ГГц в USB 3.0 создает некоторые проблемы с целостностью сигнала, как мы увидим позже (Таблица 1).

Таблица 1. USB-переключатели широко используются для каналов USB 2.0/3.0, и разработчикам следует побеспокоиться о целостности сигнала (SI) при скорости 3.0.

У USB 2.0 четыре контакта, а у USB — девять (таблицы 2 и 3). Обычный большой USB-разъем Standard A — это конец, вставленный в USB-концентратор, он выглядит одинаково для USB 2.0 и 3.0, но имеет маркировку «SS» (Super Speed) для 3.0 и обратно совместим с USB. 2.0 слоты. Четыре обратно совместимых контакта USB 2.0 удачно интегрированы в модернизированный семиконтактный разъем 3.0 Standard A. Переключатели, используемые для USB 3.0, обратно совместимы с сигналами USB 2.0, но не наоборот.

Таблица 2. Названия контактов и сигналов USB 2.0. (Предоставлено компанией Diodes Incorporated.)

Одна сноска, чтобы вы не спрашивали. Мы ограничиваем наше обсуждение переключателями сигналов, а не переключателями протоколов. Первые связаны в основном с электрическим физическим уровнем (PHY) модели OSI. Переключатели протоколов также существуют — и наш спонсор Pericom Semiconductor производит их множество, — но они работают с дополнительными уровнями стека и могут взаимодействовать не только с USB; например, они также могут переключать PCI Express и USB. Давайте пока упростим этот вопрос в этом кратком руководстве.

Таблица 3. Названия контактов и сигналов USB 3.0. USB 3.0 полнодуплексный и дифференциальный. (Предоставлено: Diodes Incorporated.)

<р>2. Ключевые параметры переключателя
Основой для переключателя USB является NMOS-транзистор, который подходит для приложений горячей замены/подключения и быстрого переключения. Добавление зарядового насоса расширяет выходное напряжение от сети к сети и обеспечивает более высокий рабочий диапазон Vdd, сохраняя при этом умеренное энергопотребление ~250 мкА (рис. 1). Помимо разветвления коммутатора, есть ряд ключевых параметров, которые их характеризуют.

Рис. 1. NMOS-транзистор с усиленным зарядовым насосом лежит в основе сигнальных переключателей USB.

Максимальная полоса пропускания 3 дБ. Общепринятым отраслевым соглашением является измерение максимальной частоты сигнала канала в точке потерь 3 дБ. Это тривиально для USB 2.0 со скоростью 480 Мбит/с, но важно для USB 3.0 со скоростью 5 Гбит/с. Хорошей целью для коммутатора USB 3.0 должно быть значение >2,5 Гбит/с. Такие производители, как Pericom Semiconductor, могут похвастаться частотой до 10,6 ГГц для своих лучших коммутаторов.

Самые низкие вносимые потери. Желательно свести к минимуму потери мощности, вызванные переключением на рабочей частоте. Затухание более ~-0,8 дБ снизит пики сигнала и замедлит время нарастания/спада; все эти сигналы ухудшаются и могут привести к нарушению спецификации USB 3.0.

Минимальные обратные потери: мера несоответствия импеданса между сигналом и переключателем с целью обеспечения максимальной передачи мощности. В качестве альтернативы, это отношение мощности в коммутаторе к отраженной мощности (в дБ), где чем выше абсолютное число, тем лучше. По соглашению используется обратная величина: отраженная мощность над падающей мощностью (в дБ). Например, коммутатор Pericom PI3USB302-A USB 3.0 2:1 имеет обратные потери -23,3 дБ на частоте 2,5 ГГц.

Минимальные перекрестные помехи. Перекрестные помехи описывают степень влияния сигналов друг на друга через коммутатор посредством емкостной, индуктивной или кондуктивной связи. Чем меньше перекрестные помехи, тем лучше. Коммутаторы Pericom обычно имеют -33 дБ, но могут быть "чистыми" до -41 дБ на частоте 2,5 ГГц.

О сопротивлении (R_on) и R_на плоскостности: это немного более эзотерически, где Рон — сопротивление замкнутого ключа, особенно между истоком и стоком транзистора (рис. 1). Как и обратные потери, они должны быть минимальными для максимальной передачи мощности. Неравномерность Рона просто отображает разницу между максимальным и минимальным сопротивлением во всем диапазоне сигнала.

Выключенная изоляция: связанная с перекрестными помехами, выключенная изоляция описывает количество шума в переключателе в выключенном состоянии, воспринимаемом соседним переключателем во включенном состоянии. Поскольку аналоговые сигналы (цифровые сигналы в реальном мире являются аналоговыми) становятся более шумными на более высоких частотах, важно, чтобы в коммутаторах USB 3.0 была высокая изоляция «выключено». Например, сигнальный переключатель Pericom PI2USB4122 4:1 имеет изоляцию «выключено» -23 дБ на частоте 3 ГГц.

Перекос бит-к-каналу и перекос канала к каналу: это меры того, как переходы сигнала от низкого уровня к высокому и от высокого к низкому для каждого бита изменяются в течение цикла и между каналами на многоканальных коммутаторах. Целью является симметричная форма волны нарастания/спада, которая, по мнению Pericom, не съедает временной бюджет для открытия «глаза» целостности сигнала.

Защита от электростатического разряда и перенапряжения. Способность противостоять электростатическому разряду и перенапряжению имеет решающее значение для USB, поскольку кабели не защищены от потребителей. Модель человеческого тела +2 кВ (HBM) — минимум для электростатического разряда; значения, которые в 2 или 4 раза лучше (до +8 кВ), обеспечивают лучшую защиту. Конструкторы могут улучшить эти значения с помощью внешних шунтов, но это увеличивает стоимость и недвижимость.

Защита от перенапряжения описывает возможность короткого замыкания USB-сигналов на Vcc без локального повреждения и без отправки короткого замыкания на нижестоящие устройства. Перенапряжение важно, потому что потребительские кабели, а также повторяющиеся циклы подключения/отключения изнашивают разъемы и/или изнашиваются кабели и вызывают короткие замыкания. Это особая проблема для дешевых кабелей без компенсатора натяжения в местах высоких нагрузок.

<р>3. Примеры приложений
Многие ЦП, микроконтроллеры и периферийные устройства имеют только один канал USB 2.0 или 3.0. Коммутатор похож на Y-адаптер, превращая один порт USB 2.0 или 3.0 в два, четыре или более, сохраняя при этом хорошие электрические характеристики и высокую целостность сигнала. Но каковы примеры их использования?

USB 2.0 с отладкой: на рис. 2 показано удачное использование переключателя сигналов USB 2.0 2:1, используемого для отладки системы, где контакты D+/D- могут быть «обычными» сигналами USB 2.0 или проприетарным интерфейсом UART. Если USB-устройство сначала указывает MCU, что ему следует искать сигналы отладки на своих контактах UART, MCU может указать коммутатору сменить порты и подать питание на порт, подключенный к UART.

Рис. 2. Переключатель USB 2.0 в приложении отладки. (Предоставлено: Diodes Incorporated.)

Обратите внимание, что ту же настройку 2:1 можно применить и в обратном порядке. то есть совместное использование одного порта USB 2.0 (например, на одноплатном компьютере PC/104) с двумя внешними периферийными устройствами. На рис. 3 внутренняя флэш-память имеет интерфейс USB, а хранилище WiFi — собственный интерфейс.

Рис. 3. Совместное использование разнородных внешних периферийных устройств. В этом случае флэш-накопитель USB и хранилище WiFi используют один порт USB, например, на встроенной плате PC/104 или Arduino UNO HDK. (Предоставлено Diodes Incorporated)

Док-станция для ноутбука или переходный модуль SBC. На рис. 4 показано приложение классической док-станции для ноутбука, в котором один компьютерный порт USB 3.0 расширяется до двух дополнительных. Показан переключатель сигналов USB 3.0/2.0 Pericom PI3USB3102 2:1. Поскольку входным портом является USB 3.0, используется 9-контактный разъем SuperSpeed, но сигналы USB 2.0 присутствуют.

Рис. 4. Переключатель USB 3.0 в приложении для стыковки ноутбука.

Когда Nintendo Switch вот-вот должен был выйти, было много ожиданий относительно того, на что способно это устройство. А также про как периферию, так и саму приставку. После выпуска много спекуляций было сосредоточено на портах USB на коммутаторе, и даже сейчас многие не совсем уверены, как их можно использовать. В этой статье. Чем они хороши?

Где находятся эти USB-порты?

Технически на всей системе Nintendo Switch имеется четыре USB-порта. Одним из них является порт USB Type C в нижней части консоли. Остальные три находятся на пристани. Два из них находятся на стороне с последним портом USB внутри задней крышки, которую вам придется открыть, чтобы получить к ней доступ. Этот порт находится прямо между адаптером переменного тока и выходом HDMI. Хотя штекер внутри помечен как USB 3.0, Nintendo помечает их в технических характеристиках как совместимые только с USB 2.0.

Для чего нужны эти порты?

Порт USB в нижней части консоли используется только для двух целей: зарядки устройства и его подключения к док-станции. Не подключайте сторонние устройства к USB-порту консоли. Это может привести к повреждению самого устройства.

С другой стороны, три порта на док-станции можно использовать несколькими способами. Поскольку они совместимы с USB 2.0, их можно подключать ко многим устройствам, которые могут использовать этот порт.

Какие устройства совместимы с USB-портом коммутатора?

Сетевой адаптер. Если вы хотите подключить коммутатор к маршрутизатору, а не к Wi-Fi, вы можете подключить сетевой адаптер к USB-порту, расположенному внутри док-станции. USB-порт можно подключить либо к проводному интернет-соединению, либо к беспроводному модему, если хотите.

Зарядные устройства Joy-Con. Зарядные устройства Joy-Con можно подключать к боковым портам USB. Поскольку сбоку есть два порта, вы можете заряжать оба контроллера одновременно. Однако избегайте использования зарядных устройств сторонних производителей. Это может повредить не только ваши контроллеры, но и док-станцию.

Наушники USB Bluetooth. Удивительно, но любые наушники с протоколом USB 2.0 нельзя использовать с Nintendo Switch. Похоже, что аудиосистема консоли была рассчитана либо на работу с кабелем HDMI, либо на Bluetooth. Тем не менее, если ваши наушники Bluetooth можно использовать с удлинителем USB, вы можете подключить их к коммутатору. Хотя его можно подключить к любому из трех портов, удобнее использовать порты сбоку.

USB-клавиатура. Хотя вы не можете использовать клавиатуру для игр, вы можете вводить пароли или использовать текстовый чат, подключив USB-клавиатуру.

USB-совместимые устройства Bluetooth. Если устройство Bluetooth можно подключить к USB, коммутатор, скорее всего, будет с ним работать.

Концентратор USB — это устройства, используемые для увеличения количества портов USB в устройстве. Просто подключите концентратор к USB-порту, и вы сможете подключать к док-станции больше устройств.

Для чего нужны другие порты на моей док-станции Switch?

Другими портами на док-станции являются выход HDMI и порт адаптера переменного тока. Порт адаптера переменного тока, как следует из названия, подключается к розетке, которую вы подключаете к настенной розетке для зарядки вашей системы. Порт HDMI Out подключается к дисплею с помощью кабеля HDMI.

Безопасно ли использовать сторонние устройства через USB-порт моего коммутатора?

Nintendo не рекомендует использовать сторонние устройства на вашем Nintendo Switch. Это скорее покупатель, остерегайтесь таких вещей. Обычно, если используемое вами USB-устройство не имеет подозрительного качества, вероятность того, что оно повредит вашу систему, невелика. В отличие от адаптеров переменного тока и док-станций сторонних производителей, порты USB предназначены для подключения к различным периферийным устройствам.

Поддержка других устройств

Несмотря на то, что коммутатор уже давно отсутствует, не все знакомы со всеми портами и периферийными устройствами, входящими в систему. Возможно, вас удивит тот факт, что USB-порты консоли могут поддерживать большое количество других устройств.

Знаете ли вы, как еще можно использовать порты USB в Nintendo Switch? Поделитесь своими мыслями в комментариях ниже.

Вы видите это объявление из-за релевантности продукта вашему поисковому запросу. Если вы продавец и хотите принять участие в этой программе, нажмите здесь, чтобы узнать больше.

Купить SKUTOP в Интернете