Что такое питание по шине в usb

Видео:Как подключить USB транспорт к ЦАП по I2s шине на прямуюСкачать

Компьютерная Энциклопедия

Архитектура ЭВМ

Компоненты ПК

Интерфейсы

Мини блог

Самое читаемое

Видео:USB-разветвитель. Что нужно знать? Скорости и питание в USB 2.0 и 3.0. Эргономика и материалы.Скачать

Питание от шины

Шина USB обеспечивает устройства питанием по линии Vbus с номинальным напряжением 5 В относительно линии GND. Питание подается на нисходящие порты хабов; устройства-функции могут только потреблять питание (как и хаб по своему восходящему порту). Естественно, устройства могут пользоваться и собственным питанием. Мощность питания от шины выделяют единицами по 100 мА, устройству шина может предоставить максимум 5 единиц (0,5А). При начальном подключении (до конфигурирования) устройство может потреблять не более 1 единицы (100 мА). Порт, обеспечивающий 5 единиц, называют мощным (high-power port); маломощный порт (low-power port) обеспечивает лишь 1 единицу. По отношению к питанию от шины различают следующие типы устройств:

• корневой хаб, получающий питание вместе с хост-контроллером. При питании от внешнего источника хаб должен иметь мощные порты; при автономном (от батарей) питании порты могут быть как мощными, так и маломощными;
• хаб, питающийся от шины (Bus-powered hub), может иметь только маломощные порты (и не более четырех, поскольку одну единицу мощности потребляет его контроллер). Питание на нисходящие порты этот хаб подает только после того, как будет сконфигурирован (поскольку до того он может потреблять лишь 1 единицу);
• хабы с собственным питанием (Self-powered hub) могут потреблять от шины лишь одну единицу. На свои нисходящие порты он подает питание от другого источника; эти порты могут быть как мощными, так и маломощными (у хаба с батарейным питанием);
• маломощные устройства с питанием от шины (Low-power bus-powered functions) могут потреблять не более одной единицы;
• мощные устройства с питанием от шины (High-power bus-powered functions) могут потреблять до пяти единиц;
• устройства с собственным питанием (Self-powered functions) могут потреблять от шины не более одной единицы, даже если их собственное питание пропадает. Остальную мощность, необходимую для работы, они должны брать от других источников.

Способ питания устройства (и хаба) и максимальный ток, потребляемый от шины (с точностью до 2 мА), описываются в дескрипторе конфигурации устройства. У хаба с собственным питанием возможна ситуация, когда это питание в процессе работы теряется. В этом случае хаб должен отключиться от шины и автоматически повторно подключиться, но уже сообщая в своем дескрипторе о питании от шины. При этом временно отсоединяются и все находящиеся за ним устройства, после чего они конфигурируются уже исходя из бюджета новых условий питания.

Питание на порты хабов подается с защитой от перегрузок, из расчета 5 А на порт (это не отменяет нормы потребления). Срабатывание токовой защиты может индицироваться, например, гудком динамика системной платы ПК. Управление подачей питания у хаба может быть как общим (на все порты сразу), так и селективным — эти возможности описаны в дескрипторе нулевой конечной точки хаба.

При питании от шины до устройств доходит напряжение меньшее, чем дает хаб, из-за сопротивления питающих проводов и контактов разъемов. На каждом кабеле (между вилками A и B) в каждой из линий GND и Vbus может падать напряжение до 0,125 В. Худший случай по питанию — когда между источником питания (хабом с собственным питанием) и устройством находится один хаб с питанием от шины, вносящий свое падение напряжения (до 350 мВ). Мощный порт хаба должен под нагрузкой выдавать напряжение в диапазоне 4,75–5,25 В, маломощный — 4,4–5,25 В. Устройство, питающееся от шины, должно быть способно сообщать конфигурационную информацию при напряжении питания на вилке «A» своего кабеля от 4,4 В; маломощное устройство при таких условиях должно и нормально работать. Для нормальной работы мощного устройства требуется как минимум 4,75 В на его вилке.

Видео:Где в usb питание и сколько вольт в ЮСБСкачать

Схема распиновки USB кабеля по цветам

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.

Видео:CAN шина👏 Как это работаетСкачать

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.

Читайте также: Толщина боковой стенки шины

Совместимость спецификаций 2.0 и 3.0 выполняется частично.

Видео:Топовые USB-хабы: зачем им блок питания и в чём их фишка?Скачать

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.

Видео:USB-тестер напряжения, тока и емкости для батарей и блоков питания. USB-нагрузка с регулятором токаСкачать

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.

Видео:Лекция 310. Шина USB - функциональная схемаСкачать

100 ватт по USB или как работает Power Delivery

Почитав вот этот пост и сопутствующую ему дискуссию, я решил попробовать внести ясность в то, что такое USB Power Delivery и как это работает на самом деле. К сожалению у меня сложилось впечатление, что большинство участников дискуссии воспринимают 100 ватт по USB слишком буквально, и не до конца понимают что за этим стоит на уровне схематики и протоколов.

Итак, кратко – основные пункты:

• USB PD определяет 5 стандартных профилей по электропитанию – до 5V@2А, до 12V@1.5А, до 12V@3А, до 12-20V@3А и до 12-20V@4.75-5А
• Кабели и порты для Power Delivery сертифицируются и имеют дополнительные пины в разьеме
• Тип кабеля и его соответствие профилю определяются автоматически через дополнительные пины и определение типа USB коннектора (микро, стандарт, A, B и т.д.)
• Обычные USB кабели (не Power Delivery) сертифицируются только по первому профилю до 5V@2A
• При подключении распределяются роли, между тем кто дает ток (Source / Источник ) и кто потребляет (Sink / Приемник)
• Источник и Приемник обмениваются сообщениями по специальному протоколу, который работает параллельно традиционному USB
• В качестве физического носителя протокол использует пару – VBus / GND. Именно поэтому Power Delivery не зависит от основного USB протокола и обратно совместим с USB 2.0 и 3.0
• Используя сообщения, источник и приемник могут в любой момент времени меняться ролями, изменять силу тока и/или напряжение, уходить в спячку или просыпаться, и т.д.
• По желанию устройства могут поддерживать управление PD через традиционные USB запросы, дескрипторы и т.д.

Под катом — детали.

О кобелях Про кабели

USB Power Delivery работает с шестью типами коннекторов:

Соответственно попарно допустимы следующие виды соединений

1. USB 3.0 PD Standard-A USB 3.0 PD Standard-B plug
2. USB 3.0 PD Standard-A USB 3.0 PD Micro-B plug
3. USB 3.0 PD Micro-A USB 3.0 PD Micro-B plug
4. USB 3.0 PD Micro-A USB 3.0 PD Standard-B plug
5. USB 2.0 PD Standard-A USB 2.0 PD Standard-B plug
6. USB 2.0 PD Standard-A USB 2.0 PD Micro-B plug
7. USB 2.0 PD Micro-A USB 2.0 PD Micro-B plug
8. USB 2.0 PD Micro-A USB 2.0 PD Standard-B plug

Отдельно стоит заметить что спецификация прямо запрещает извращения с несколькими коннекторами на одной из сторон соединительного кабеля, что достаточно логично, учитывая токи до 100 ватт. С другой стороны использование переходников и адаптеров не возбраняется при условии что они соответствуют профилю электропитания, и не закорачивают экран кабеля на его землю.

Читайте также: Ниссан ванетте нв 200 размер шин

Про порты

После сертификации USB PD порты маркируются следующим образом:

Данное лого информирует о версии USB (2.0 или 3.0 SuperSpeed), а также о профилях электропитания которые поддерживает данный порт. Значение ”I” означает потребляемый профиль, необходимый для полноценного функционирования устройства, а значение «О» то какой профиль порт может предоставить. Примеры маркировки портов:

• Первый порт поддерживает USB2. Он может давать питание по Профилю 1 ( 2A@5V) и использует Профиль 3 ( 5V@2A или 12V@3A) для полноценного функционирования. Например порт для планшета или нетбука.
• Второй порт поддерживает USB2. Он может давать питание по Профилю 2 (2A@5V или 12V@1.5A) и использует Профиль 4 ( 5V@2A или 12V@3A или 20V@3A) для полноценного функционирования. Например порт для ноутбука или лаптопа.
• Третий порт поддерживает USB3. Он только дает питание по Профилю 1 (5V@2A). Сам он по VBus не запитывается. Например порт десктопа, монитора, телевизора, и т.д.
• Четвертый порт поддерживает USB3. Как и в первом примере он может давать питание по Профилю 1 (5V@2A) и сам требует питание по Профилю 3 для полноценного функционирования (5V@2A или 12V@3A). Пример придумайте сами ?

Физический канал

USB PD определяет принципиальную схему физической организации соединения посредством кабеля следующим образом:

Как видно из схемы, USB PD также требует чтобы и в источнике и в приемнике были реализованы схемы определения падения/скачка напряжения, а так же методы определения разряженной батареи для случаев когда одна из сторон не может запитаться от своего внутреннего источника.

В качестве алгоритмов для определения разряженной батареи предлагаются следующее. Если одна из сторон выставляет сопротивление в 1кОм между экраном и землей, это свидетельствует о том что ее батарея разряжена. В такой ситуации другая сторона берет на себя роль источника и начинает отдавать минимальные 5В, чтобы дать через VBus питание противной стороне и начать обмен сообщениями по протоколу USB PD.

Как уже упоминалось ранее, для обмена сообщениями USB PD протокол использует линию VBus. Ниже приведена блок-схема, определяющая ключевые функциональные элементы передатчика:

И соответственно такая же блок-схема для приемника:

Сериализированная кодировка 4b5b и декодировка 5b4b подразумевает что все данные по шине, кроме преамбулы пакета, передаются пятибитными последовательностями в соответствии c таблицей кодировки, определяемой стандартом. Каждая такая последовательность кодирует либо одну из 16 цифр (0x00..0x0F), либо сигналы начала / синхронизации / сброса и конца пакета. Таким образом передача одного байта занимает 10 бит, 16-битного слова – 20 бит и 32-битного двойного слова – 40 бит и т.д.

Логический канал

USB PD протокол основывается на последовательных парах типа запрос-ответ. Запросы и ответы пересылаются с использованием пакетов. Пакеты состоят из преамбулы (фаза подготовки к передаче), начала пакета SOP (три сигнала Sync-1 и завершающий Sync-2 в кодировке 4b5b), заголовок, 0..N байт полезной нагрузки, контрольной суммы (CRC-32) и сигнала конца пакета (одиночный сигнал EOP):

Как было упомянуто выше, преамбула не кодируется в 4b5b. SOP, CRC и EOP кодируются 4b5b на физическом уровне, заголовок и полезная нагрузка кодируются на уровне логического протокола.
Сброс шины производится путем посылки трех сигналов RST1 и завершающего сигнала RST2, в соответствии с кодировкой 4b5b.

Протокол

Все USB PD сообщения состоят из заголовка и порции данных произвольной длины. Сообщения либо генерируются на уровне логического протокола и затем пересылаются на физический уровень, либо принимаются на физическом уровне и затем пересылаются на уровень логического протокола.

Заголовок сообщения имеет фиксированную длину 16 бит и состоит из следующих полей:

Сообщения бывают двух видов – управляющие (control) и информационные (data).

Управляющие сообщения

Контрольные сообщения состоят только из заголовка и CRC. Количество объектов данных для таких сообщений всегда устанавливается в 0. Типы управляющих сообщений USB PD представлены в таблице ниже:

Отдельно следует упомянуть что поля вида tSourceActivity, tSinkRequest и т.д. — это константы, значения которых глобально заданы самой спецификацией в отдельной главе. Сделано это потому что они определялись опытным путем в результате прототипирования, и найденные оптимальные значения просто подставили в отдельную главу, чтобы не рыскать по всей спецификации.

Информационные сообщения

Данный вид сообщений предназначен для получения детальной информации об источнике или приемнике, а также для передачи запрашиваемых характеристик электропитания – сила тока, напряжение и т.д. Информационные сообщения всегда содержат ненулевое значение в поле ”Number of Data Objects”.

Спецификация определяет четыре вида информационных сообщений:

• Power Data Object (PDO) – используется для описания характеристик порта источника или требований приемника
• Request Data Object (RDO) – используется портом приемника для установки соглашения по характеристикам электропитания
• BIST (Built In Self Test) Data Object (BDO) – используется для тестирования подключения на соответствие требованиям спецификации для физического соединения
• Vendor Data Object (VDO) – используется для передачи нестандартной, дополнительной или иной проприетарной информации определяемой производителем оборудования и выходящей за рамки спецификации USB PD.

Виды информационных сообщений кодируются в поле ”Message Type” заголовка сообщения следующим образом:

Сообщение о характеристиках

Порт источника всегда обязан сообщать свои характеристики приемнику путем передачи серии 32-битных объектов PDO. Информация переданная посредством этих объектов используется для определения возможностей источника, в том числе включая возможность работать в режиме приемника.
Сообщения о характеристиках представляются в виде одного или нескольких объектов следующих за заголовком:

Читайте также: Шины для audi a6 allroad

Сообщения о характеристиках передаются:

• От источника к приемнику через определенный временной интервал, при непосредственном подключении кабеля. Источник должен продолжать посылать сообщения на протяжении одной минуты после подключения до тех пор пока не будет установлено успешное соглашение по электропитанию, либо приемник не вернет RDO с флагом Capability Mismatch – несоответствие характеристик.
• От источника к приемнику с целью принудительного переустановления соглашения по электропитанию или смены характеристик.
• В ответ на управляющие сообщения Get_Source_Cap или Get_Sink_Cap

Каждый объект PDO должен характеризовать отдельный элемент электропитания, входящего в состав устройства на максимально допустимых для него значениях напряжения. Например, встроенная батарея 2.8-4.1V, стационарный блок питания 12V и т.д. Все элементы электропитания должны поддерживать как минимум 5V и соответственно каждый источник должет иметь хотя бы один PDO соответствующий профилю с характеристиками 5V.

PDO соответствующий элементу с постоянным типом электропитания 5V всегда должен идти первым в цепочке объектов.

Структура объекта PDO:

Для каждого типа электропитания предлагаются различные характеристики.

Постоянный тип электропитания, напряжение постоянное. Источник должен иметь хотя бы один такой элемент:

Программируемый тип электропитания, напряжение может регулироваться путем запросов в пределах между минимальным и максимальным:

Вариативный тип электропитания, напряжение может изменяться в заданных пределах абсолютного минимума и абсолютного максимума, но не может регулироваться:

Батарея, данный тип используется для обозначения батарей которые могут быть напрямую подключены к линии VBus:

Сообщение о запросе

Сообщения о запросах передаются приемником к источнику для передачи своих требований в фазе установления соглашения по электропитанию. Данное сообщение посылается в ответ на сообщение о характеристиках и должно содержать один и только один объект запроса данных – RDO, который описывает информацию о требуемых характеристиках электропитания для приемника.

Данный запрос имеет два типа, в зависимости от адресуемого типа элемента электропитания, переданного в сообщении о характеристиках источника. Для запросов к элементу электропитания постоянного или вариативного типа, либо батареи поля ”Operating Current / Power” и ”Total Current / Prog Voltage” интерпретируются одним путем, а для запросов к элементу программируемого типа – другим путем, так как в этом случае запрашивается и напряжение, и сила тока.

Структура объекта RDO:

На мой взгляд данной информации достаточно, чтобы получить хорошее представление о принципах работы USB Power Delivery. Я сознательно не стал углубляться в дебри, связанные с таймерами, счетчиками и обработкой ошибок.

Взаимодействие с традиционным USB

Как уже было упомянуто выше, Power Delivery – это самостоятельная подсистема, которая функционирует параллельно и независимо от канонического USB. Тем не менее, в случаях когда устройства реализуют оба протокола – и USB и Power Delivery, спецификация рекомендует реализацию т.н. System Policy Manager или SPM, компонента который может контролировать оборудование USB PD посредством традиционных запросов USB.

Для систем с поддержкой SPM, спецификация рекомендует предоставить PD информацию посредством специальных типов USB дескрипторов. Не считаю нужным в них детально углубляться, просто перечислю их названия:

• Power Delivery Capability Descriptor, является составной частью BOS дескриптора и сообщает о том поддерживает ли устройство зарядку батареи через USB, поддерживает ли оно стандарт USB PD, может ли оно выступать источником питания, и может ли оно быть приемником. Кроме того данный дескриптор содержит информацию о количестве портов-источников, портов-приемников и версии поддерживаемых спецификаций USB Battery Charging и Power Delivery.
• Battery Info Capability Descriptor, требуется для всех устройств заявивших батарею в качестве одного из элементов электропитания. Содержит информацию о названии, серийном номере и производителе батареи, ее емкости, а также о пороговых значениях тока в заряженном и разряженом состоянии.
• PD Consumer Port Capability Descriptor, требуется для всех устройств которые заявили поддержку хотя бы одно порта-приемника. Содержит информацию о поддержке стандартов Power Delivery и Battery Charging, минимальное и максимальное напряжение, операционную мощность, максимальную пиковую мощность и максимальное время, которое оно может эту пиковую мощность потреблять
• PD Provider Port Capability Descriptor, требуется для всех устройств которые заявили поддержку хотя бы одного порта-источника питания. Содержит информацию о поддержке стандартов Power Delivery и Battery Charging, а так же список всех PDO объектов, характеризующих элементы электропитания доступных устройству.
• PD Power Requirement Descriptor, требуется для всех устройств-приемников поддерживающих USB PD. Каждое устройство должно возвращать хотя бы один такой дескриптор в составе дескриптора конфигурации. Этот дескриптор должен идти сразу после первого дескриптора интерфейса. В случае когда их несколько, он должен идти после каждого первого дескриптора интерфейса функции, если используется IAD, или в случае композитного устройства без IAD, непосредственно после каждого дескриптора интерфейса, и до endpoint дескрипторов.

Для управления USB Power Delivery через запросы USB, в случае если устройство поддерживает Power Delivery класс, спецификация предлагает команды, которые могут использоваться для передачи PD запросов и объектов посредством USB, то есть через шину данных. Сводная таблица дана ниже:

Заключение

Надеюсь что данным постом я подогрел интерес публики к USB Power Delivery. Скромно замечу, что автор имеет непосредственное отношение к данной спецификации, поэтому готов ответить на любые вопросы по Power Delivery в частности и USB в общем.

• Свежие записи
  • Нужно ли менять пружины при замене амортизаторов
  • Скрипят амортизаторы на машине что делать
  • Из чего состоит стойка амортизатора передняя
  • Чем стянуть пружину амортизатора без стяжек
  • Для чего нужны амортизаторы в автомобиле

  🔍 Видео

  доработка USB тестера KCX 017 , внешнее питание, схемаСкачать

  

  лекция 313. Формирование пакетов на шине USBСкачать

  

  Как работает USB? Просто, доступно, с примерами.Скачать

  

  Первичная диагностика ноутбука через USB портыСкачать

  

  USB гнездо для питания приставки.Сгорела приставка,юзай USB вход!Альтернативное питание приставки.Скачать

  

  Простая проверка CAN шины. Сканер не видит автомобиль через OBD2. Как правильно выбрать изоленту.Скачать

  

  Не работают USB порты - 3 способа Решения! Windows 7/8/10/11Скачать

  

  USB тестер: обзор и инструкция. Как пользоваться USB тестером?Скачать

  

  Заряд пальчикового аккумулятора от порта USBСкачать

  

  Для чего нужен дополнительный разъем в USB Hub (Юсб хабах)? Или дополнительное питание в ЮСБ ХабеСкачать

  

  Как правильно выбрать райзер? Почему в райзере USB кабель? Molex или SATA? От чего горят видеокарты?Скачать

  

  Управление освещением - настройка шины DALI, адресация, группы сценарии USB - TridonicСкачать

  

  Usb тестер KCX-017 - Подробная инструкция как правильно пользоваться !!!Скачать