Vbus usb на схеме что это такое

Обновлено: 22.11.2024

Я неплохо разбираюсь в USB, но по некоторым причинам не могу сам ответить на этот вопрос.

Всегда ли хост-порт USB (скажем, USB 2.0) подает напряжение 5 В на контакт VBUS? Если нет, то как он определяет подключение устройства?

Для устройства (корпус с питанием от шины) легко определить хост, обнаружив контакт VBUS, но для того, чтобы это работало, USB-хост должен всегда подавать 5 В на контакт VBUS, поэтому я задаю этот вопрос.

Одна вещь, о которой я могу думать, это то, что он может обеспечить 5 В, 100 мА по умолчанию и больше только после успешного перечисления. Но, насколько я заметил, порты USB на ноутбуке имеют 5V VBUS по умолчанию и не ограничены 100 мА, поэтому я просто хочу понять со стандартной точки зрения USB.

Мы будем очень признательны за любой ответ.

2 ответа 2

Стандартный классический USB-хост всегда должен обеспечивать VBUS (+5 В +- 10 %) для нисходящего порта, чтобы устройство могло инициировать последовательность подключения (поднять D+ или D- high). Порт должен обеспечивать не менее 500 мА (версия 2.0) или 900 мА (версия 3.0), независимо от того, имеется ли какая-либо связь, подключение или что-то еще. Это «минимум» требования для классических USB 2.0 и USB 3.0 «мощных портов» и концентраторов с питанием, поэтому они могут поставлять больше, если захотят. Требования перечислены в Разделе 7.2 Спецификации USB 2.0. Небольшой аккумулятор с питанием может иметь исключение.

ПРИМЕЧАНИЕ 1. VBUS должен предоставляться хостом даже в "спящем" (приостановленном) режиме.

ПРИМЕЧАНИЕ 2: если хост не устанавливает высокий уровень VBUS, никакого подключения не произойдет/не должно произойти, даже если устройство имеет собственное питание. Запросы на подключение (подтягивания D+ или D-) должны выполняться только при наличии VBUS согласно спецификациям USB 2.0, раздел 7.2.1. Так что это нарушение спецификации просто «иметь» подтягивания, подтягивание должно быть условным с VBUS.

ПРИМЕЧАНИЕ 3: Итак, нет VBUS => нет связи. В соответствии с этим правилом без VBUS невозможен "частичный" или "хост-сигнальный" режим.

500 мА — это требование для USB HOST. Этот номер поставки часто путают с требованием использования USB-УСТРОЙСТВА в качестве потребителя. USB-устройство НЕ ДОЛЖНО потреблять более 100 мА на начальном этапе подключения и может потреблять полную мощность только тогда, когда оно пронумеровано и получает команду «set_configuration ()». Устройства USB сообщают о своих требованиях к питанию в дескрипторе устройства во время этого начального сеанса «100 мА». Если хост исчерпал свой бюджет мощности, он может остановить перечисление, фактически отклонив устройство.

ПРИМЕЧАНИЕ4: как видно, "переговоров" нет, это либо "мой [хост] путь", либо "шоссе".

ПРИМЕЧАНИЕ 5. USB-хосты не имеют специальных средств для контроля фактического энергопотребления своих портов. Хост-контроллеры USB не имеют регистров, которые могут измерять/сообщать о потреблении портов. Следовательно, хост не может принудительно установить ограничение в 100 мА, чтобы исключить неисправные устройства, которые могут нарушить спецификацию 100 мА, если только не произойдет серьезное событие перегрузки по току порта. Соответствие пределу 100 мА считалось на уровне процесса сертификации USB-IF.

Короче говоря, 500 мА и 100 мА являются требованиями для разных объектов USB, один для хостов и концентраторов, а другой для устройств, как описано в разделе 7.2.1. Вот как это работает с точки зрения стандарта USB.

С введением разъема Type-C все немного по-другому. Устройствам Type-C (как хостам, так и периферийным устройствам) изначально запрещено выводить VBUS. Таким образом, вместо того, чтобы смело подключать питание VBUS к порту Type-C, хост должен включать источник VBUS только в том случае, если логика порта обнаруживает наличие кабеля/устройства. Он делает это, определяя уровень напряжения на выводе «CC» (канал связи). Хост Type-C имеет подтяжку на обоих контактах CC. Устройство (или устаревшая кабельная сборка) должно иметь 5.1k pull-down. Когда устройство/кабель подключено, хост обнаруживает, что 5.k перетаскивает свою подтягивающую вниз, и в этот момент хост имеет право на включение питания VBUS, и начинается связь через USB.

Если ваша USB-система не работает должным образом, и вы столкнулись с системным сбоем или другими необъяснимыми проблемами, может быть сложно определить основную причину ошибки. Хотя существует множество возможных причин ненормального поведения, одна проблема, в частности, может быть упущена из виду, а именно ошибка в USB VBUS. Прежде чем углубляться в различные признаки, которые могут быть результатом проблем с VBUS, мы дадим краткое объяснение самой VBUS и ее роли в USB.

Понимание VBUS

Устройства USB подключаются с помощью кабеля. Этот кабель включает в себя несколько разных проводов, которые используются для передачи данных и питания между устройствами. Провод VBUS используется для реализации электрического компонента в USB-устройстве и несет номинальное питание 5 В. Наличие стабильного соединения VBUS очень важно для работы USB-устройств.Без этого может произойти ненормальное поведение устройства.

Признаки проблем с подключением VBUS

Каковы признаки того, что вам нужно проверить USB VBUS на предмет основной причины вашей ошибки USB?

1. Вся ваша USB-система отключается во время работы или тестирования:

Возможно, что система USB отключается во время работы или тестирования из-за перегрузки устройства по току. В спецификации USB упоминается, что если устройство потребляет слишком много тока, его необходимо отключить.

Спецификация USB 2.0 имеет определенные верхние пределы потребления тока:

Не более одной единицы нагрузки, то есть 100 мА, после подключения и до перечисления
Не более пяти единиц нагрузки, что составляет 500 мА, после перебора

Устройства USB 3.0 и порты с поддержкой 3.0 на хостах предлагают более высокие текущие бюджеты:

Не более одной единицы нагрузки, то есть 150 мА, после подключения и до перечисления
Не более шести единиц нагрузки, что составляет 900 мА, после перебора

Анализатор протокола питания Beagle USB 480 сможет обнаруживать эти всплески тока и предоставлять визуальное представление этого события, которое напрямую связано с захватом трассировки данных. Это позволит пользователям точно определить, когда и где произошел всплеск высокого тока для упрощения отладки.

2. Ваше устройство не обнаружено или не перечислено операционной системой на хосте (с точки зрения устройства):

Это может быть вызвано тем, что подключенное устройство превышает максимальное значение тока при подключении или после процесса перечисления на VBUS. Это может привести к срабатыванию схемы защиты от перегрузки по току на хосте и вызвать электрическое отключение устройства, что может превратиться в бесконечный цикл, в котором перечисление никогда не происходит или не завершается.

В этом случае устройство может превышать верхний предел потребления тока; использование анализатора протокола питания Beagle USB 480 будет очень полезно для контроля тока с момента подключения устройства и после перечисления.

3. Ваше устройство не обнаружено или не перечислено операционной системой на хосте (с точки зрения хоста):

Еще один возможный сценарий – неправильное поведение USB-порта на хосте. Возможно, устройство работает нормально, но хост-порт неисправен. Возможно, он не подает правильные уровни напряжения на VBUS из-за внутренних повреждений схемы. Эту проблему также можно обнаружить, отслеживая напряжение на шине VBUS с помощью анализатора протокола питания Beagle USB 480.

4. Ваше устройство работает должным образом на портативном компьютере, пока компьютер подключен к источнику питания переменного тока. То же устройство не работает с тем же портативным компьютером, когда он работает от заряда аккумулятора:

Иногда, когда портативные компьютеры подключены к источнику питания переменного тока, уровень тока на USB-порте может быть выше обычного. Если подключено несовместимое устройство, которое нарушает максимальное потребление тока, определенное в спецификации, хост может в конечном итоге подавать более высокие уровни мощности, и система будет работать в обычном режиме. Однако, когда ноутбук работает исключительно от батареи, питание становится критически важным, и в этом случае хост обнаружит перерасход тока и отключит устройство от сети.

5. Устройство работает с портативным компьютером должным образом, если оно подключено через концентратор с автономным питанием. Одно и то же устройство не работает, если оно подключено напрямую к тому же портативному компьютеру:

Это похоже на приведенное выше условие, за исключением того, что в этом случае концентратор с автономным питанием обеспечивает более высокие уровни мощности и допускает неправильное поведение устройства, в то время как компьютер этого не делает.

Устранение неполадок VBUS с помощью анализатора протокола питания Beagle USB 480

Все эти проблемы VBUS можно обнаружить с помощью анализатора протокола питания Beagle USB 480. Этот инструмент позволяет легко измерять ток и напряжение от USB-соединений, предоставляя в реальном времени график значений тока и напряжения VBUS, который также является двунаправленной корреляцией данных USB. Выбрав конкретную USB-транзакцию в сборе данных или точку на графике Current/Voltage Monitor, пользователи могут легко диагностировать причину ошибок VBUS, позволяя точно определить момент возникновения ошибки.

Существует две версии анализатора протокола электропитания Beagle USB 480. Обе версии позволяют измерять ток и напряжение VBUS в рамках нашего ведущего в отрасли программного обеспечения для центров обработки данных. Оба они обеспечивают очень большой аппаратный буфер и корреляцию измерения напряжения и тока одним щелчком мыши с активностью на уровне протокола. Версия Ultimate предоставляет улучшенный интерфейс USB 2.0 расширенный запуск, который позволяет пользователям создавать сложные совпадения с несколькими состояниями для USB 2.0. Это необязательное обновление для стандартной версии.

Для получения дополнительной информации об анализаторе протокола питания Beagle USB 480 см. следующее

В этой части речь пойдет о самом разъеме USB-C. Ознакомьтесь с частью 1, чтобы ознакомиться со всеми спецификациями USB3.1.

Разъем USB Type-C немного больше разъема micro-B. Он имеет 24 контакта с радиально-симметричной распиновкой, что делает его ориентацию обратимой. В отличие от предыдущих версий разъемов USB, в штекере нет физических различий в зависимости от функций, поддерживаемых портом или штекером. USB-C делает все.

Распиновка

Глядя на распиновку, радиальная симметрия очевидна. Контакты GND всегда снаружи, а контакты VBUS всегда четыре снаружи. GND, VBUS, DP, DM и SSTX/SSRX знакомы из спецификации USB3.0. Новые контакты: CC, VCONN и SBU.

В разделе 3.2.3 спецификации USB Type-C (стр. 55) распиновка указана более подробно, но вот краткое изложение.

Нажмите, чтобы увеличить

VBUS — подает питание на приемник
DP/DM — связь USB 2.0, вплоть до высокоскоростного USB (480 Мбит/с)
SSTX1/2, SSRX1/2 – сверхскоростная передача, дифференциальные пары, обычно витые пары в кабеле.
CC – канал конфигурации, используемый для настройки подключения и отправки сообщений Power Delivery.
VCONN – разъем питания для питания активных кабелей и аксессуаров.
SBU — использование боковой полосы, в основном дополнительные провода, используемые в альтернативных режимах.

Ловушки для ничего не подозревающих

Нажмите, чтобы увеличить

Линии SuperSpeed Tx и Rx меняются местами в кабеле. Как и провода СБУ. Это означает, что SSTX1 на одной стороне подключен к SSRX1 на другой стороне. Точно так же SBU1 подключается к SBU2 на другой стороне. Вы не можете использовать мультиплексор, чтобы исправить это. Я говорю из личного опыта.
Дифференциальные пары будут иметь дифференциальное сопротивление 90 Ом. Если вы используете альтернативный режим, убедитесь, что он поддерживает 90 Ом +/- 5 Ом (раздел 3.7.1)
Кабели могут иметь электронную маркировку. Это означает, что внутри одного из штекеров, подключенного к линии CC, находится микроконтроллер. Он отвечает за сообщение о возможностях кабеля. «Все полнофункциональные кабели USB Type-C должны иметь электронную маркировку». (раздел 4.9). Кабели, поддерживающие только USB 2.0, маркировать не нужно.
Будьте осторожны при отключении питания VBUS. С USB Power Delivery 2.0 VBUS может достигать 20 В. Убедитесь, что это не нарушает номинальное напряжение в ваших цепях. У Бенсона Люна было несколько инцидентов в его знаменитых обзорах Amazon. Подумайте о том, чтобы сделать все, что подключено к VBUS или CC, устойчивым к перенапряжению.
Также будьте осторожны с питанием через VCONN. У вас его может не быть. Или, возможно, вам придется предоставить его. Ознакомьтесь с разделом 4.4.3 спецификации.

Мультиплексоры

Для поддержки реверсивной разводки контактов и упрощения работы пользователя каждая USB-розетка должна иметь «функциональный эквивалент переключателя как на хосте, так и на устройстве для надлежащей маршрутизации пар сигналов SuperSpeed TX и RX к подключенному устройству. путь через кабель». (раздел 4.5.1.1) Спецификация USB оставляет реализацию на усмотрение разработчика. Для USB2.0 вы можете просто замкнуть обе возможные позиции вместе. Для пар SuperSpeed это обычно означает, что вам нужен мультиплексор.

Выяснение способа подключения кабеля осуществляется с помощью линии CC. Этот провод всегда находится в одном и том же месте на вилке и может быть подключен только к одному из двух контактов в розетке. Расположение напротив CC в разъеме — VCONN. Вот почему вилка имеет CC и VCONN, а розетка имеет CC1 и CC2.

Использование строки CC

Канал конфигурации используется для определения ориентации вилки, ролей устройств связи, возможностей питания и отправки сообщений о подаче питания. В разделе 4.5 спецификации описаны подробности об этой строке и ее использовании.

Для передачи ролей устройств используются подтягивающие (Rp) и подтягивающие (Rd) резисторы. На самом деле это, вероятно, будут текущие источники и поглотители. Как правило, устройства, которые когда-то имели порт типа A, будут использовать подтягивание, а устройства, которые когда-то имели порт типа B, будут использовать подтягивание. В приведенном ниже примере источник ищет падение напряжения либо на CC1, либо на CC2. Вывод, на который выпадает Rd, подключается к линии CC. Увидев это, он может подать питание на VCONN и VBUS.

Тем временем приемник отслеживает повышение напряжения на CC1 или CC2. Затем он может активировать подтяжку на другом выводе, чтобы считать значение Ra (подтягивание для аксессуара).

Ток Type-C

Даже без поддержки USB Power Delivery можно получить до 15 Вт через разъем USB. VBUS по-прежнему ограничен 5 вольтами, но ток может достигать 3 ампер. Это делается с помощью аналоговой сигнализации напряжения на линии CC. По сути, источник изменяет номинал подтягивающего резистора Rp, чтобы установить напряжение линии СС в определенных пределах. Подробности описаны в разделе 4.6.2.1, а в разделе 4.11 — параметры.

Конструкции USB 2.0 на Type-C

Поддержка Type-C в существующей конструкции USB 2.0 проста и дешева (за исключением разъема). По сути, вы соединяете выводы DP вместе, выводы DM вместе и добавляете по одному подтягивающему резистору к каждому выводу CC. Это новое устройство Type-C будет идентифицироваться как приемник данных и питания, использовать питание USB 2.0 по умолчанию, равное 500 мА, и работать с любой ориентацией вилки.

Конструкции разъема Type-C

Только за последний год на рынке появилось много новых конструкций разъемов USB-C. У большинства крупных игроков хороший состав. Вот несколько параметров, которые следует учитывать помимо обычных.

USB2.0, USB3.0 и USB3.1. Обычно разъемы Type-C рассчитаны на максимальную скорость передачи данных. USB3.1 поддерживает до 10 Гбит/с, USB3.0 — 5 Гбит/с, а USB2.0 — 480 Мбит/с на контактах DP/DM. USB 2.0 может не иметь такого экранирования.
Прямоугольный или вертикальный монтаж – очевидный факт. Обязательно подготовьте план механической поддержки разъема вертикального монтажа.
Dual-SMT или Hybrid. Некоторые разъемы имеют два ряда по 12 контактных площадок SMT в каждом. Гибридные разъемы имеют внешний ряд контактных площадок SMT и внутренний ряд сквозных контактов. Имейте в виду, что штифты для сквозных отверстий обычно предназначены для печатных плат толщиной 0,6–1,0 мм.
Номинальные значения тока и напряжения. Прошли те времена, когда вы могли полагаться на разъемы USB, поддерживающие ожидаемые ток и напряжение. Если вам нужно более 3,0 А или 5,0 В, внимательно ознакомьтесь с номиналами тока и напряжения.

Подробнее

Вот несколько ссылок, по которым можно ознакомиться с более подробной информацией.

Если вы хотите поэкспериментировать с Type-C дома, вы можете купить коммутационную плату Fairchild FUSB302B Power Delivery PHY в моем магазине Tindie и загрузить библиотеку, которую я собрал, с GitHub. Просто добавьте Arduino, и все готово.

В части 3 более подробно рассматривается USB Power Delivery и сигнализация BMC, которые используются на линии CC для настройки таких функций, как более высокое напряжение на VBUS и альтернативные режимы.

Схема подключения кабеля USB C В этой статье в основном представлена схема подключения кабеля USB C, определение контактов 24P в интерфейсе USB Type C и способы подключения основных проводов в качестве справочного материала по проектированию оборудования.

Давайте сначала разберемся с определением контактов 24-контактного разъема USB C

Женщина

Мужчина

Для кабеля USB C мы в основном представляем штекерный разъем

Отчетливо видно, что положение булавки той же функции диагонально симметрично относительно центральной точки. После того, как штыревой разъем вставлен в гнездовой разъем, функция штифта идеально подходит независимо от направления вставки. Более того, оба источника питания VBUS/GND имеют 4 контакта, и эти 4 контакта могут одновременно подавать питание. Это основная причина, по которой USB C отличается от предыдущего разъема и может обеспечивать высокий ток 5 А.

Схема подключения кабеля USB C

Схема подключения кабеля USB C выглядит следующим образом (штекер — штекер, только для справки)

Почему в 24-контактном разъеме USB используются 16-жильные провода?
Некоторые люди могут спросить, почему 24-контактный разъем USB C имеет 24 контакта, а полнофункциональный кабель USB C имеет только 16 жил? Это связано с тем, что 4 контакта VBUS подключены к одному и тому же паяному соединению VBUS на печатной плате, а 4 контакта GND подключены к одному и тому же паяному соединению GND, 8 становится 2, что уменьшает 6 паяных соединений, а B6, B7 фактически не существует. , так что все паяные соединения в сумме дают только 16, что соответствует 16-жильным проводам (24-6-2=16)

Как плата USB C PCB на самом деле сваривает основные провода?
Плата PCB USB C MALE имеет множество различных конструкций. На практике положение выводов на печатной плате не соответствует их положению на интерфейсе один за другим. Наиболее распространенным является использование красного и черного цветов для источника питания (VBUS), а также использование оплетки в качестве заземления для пайки с клеммой GEN или внутренней экранированной металлической оболочкой, как показано ниже

Если кабели требуют большой ток (например, 5A), потому что провода питания слишком толстые, исходное положение VBUS не может вместить такие толстые провода. В это время клемма VBUS на печатной плате должна быть отрегулирована с обеих сторон печатной платы, оставляя достаточно места для приварки толстых силовых проводов, как показано на рисунке ниже

P-SHINE является поставщиком Intel, Western Digital и ODM для многих известных брендов, таких как: C2G, Ugreen, Anker и т. д. Свяжитесь с нами, если вам нужно настроить USB-кабель

Читайте также: