|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Jak wybrać lub zrobić koncentrator USB. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Komputery Obecnie USB jest najczęściej używany do podłączania urządzeń peryferyjnych do komputera. Ale prędzej czy później użytkownik odkryje, że wszystkie porty USB dostępne w jego komputerze są zajęte przez mysz, klawiaturę, kamerę internetową i inne urządzenia, a nie ma gdzie podłączyć nowo zakupionej drukarki, tunera telewizyjnego, oscyloskopu USB czy czegokolwiek innego . Jak więc podłączyć do komputera 127 urządzeń obiecanych przez specyfikację USB? Aby móc podłączyć więcej niż jedno urządzenie do jednego portu USB komputera, stosuje się huby (ang. hub - piasta koła, w które włożone są wszystkie jego szprychy), zwane także hubami. Koncentrator posiada port USB „upstream” (upstream) podłączony do komputera oraz kilka portów USB „downstream” (downstream), do których podłączane są urządzenia peryferyjne. Specyfikacja USB umożliwia połączenie łańcuchowe do pięciu koncentratorów. W sklepach sprzedających komputerowe urządzenia peryferyjne asortyment koncentratorów USB jest dość duży - na każdy gust, kolor i budżet. Wydawać by się mogło, że wybierzecie dowolny, najatrakcyjniejszy projekt z odpowiednią ilością portów i najniższą ceną. W końcu niedoświadczony użytkownik często wyobraża sobie hub jako coś w rodzaju urządzenia do podłączenia dwóch telewizorów do jednej anteny - wewnątrz pary rezystorów lub miniaturowego transformatora. Jednak w tym przypadku wszystko jest znacznie bardziej skomplikowane. Przekonałem się o tym kupując dwa huby USB, jeden do cyfrowego interfejsu do transceivera, drugi do podłączenia zewnętrznego dysku twardego do stacjonarnego PC. Pierwszy hub na cztery porty z logo „DNS” został zakupiony w zwykłym sklepie, drugi – od nieznanego producenta na siedem portów – został zamówiony w zagranicznym sklepie internetowym. Eksperymenty w warunkach laboratoryjnych wykazały, że oba koncentratory współpracują bezproblemowo z myszką, klawiaturą, adapterem USB-COM oraz kartą dźwiękową wyposażoną w interfejs USB. Jednak tylko koncentrator DNS współpracuje z zewnętrznym dyskiem twardym i dyskiem flash. Podczas podłączania takich urządzeń przez nienazwany koncentrator komputer wyświetla komunikat „Nie wykryto urządzenia USB”. Dodatkowe eksperymenty z cyfrowym interfejsem transceivera wykazały, że hub DNS działa tutaj bez problemów, ale użycie nienazwanego huba powoduje, że komputer „zawiesza się” przy każdym włączeniu nadajnika. Przy bezpośrednim podłączeniu adaptera USB-COM i zewnętrznej karty dźwiękowej do komputera bez koncentratora wszystko działało bez problemów. Zaintrygowała mnie ta sytuacja. Postanowiłem dowiedzieć się, czym różnią się te dwa huby. Dlaczego jeden w pełni spełnia swoje funkcje, a drugi w zasadzie działa, ale nie zawsze i nie ze wszystkimi urządzeniami? Wyobraźcie sobie moje zdziwienie, gdy po otwarciu obudów okazało się, że obie piasty zostały zmontowane na tej samej bazie elementów i według dokładnie tych samych schematów! Tylko w siedmioportowym, dwa identyczne chipy kontrolera koncentratora USB są instalowane szeregowo: port upstream drugiego podobnego kontrolera jest podłączony do jednego z czterech portów downstream pierwszego kontrolera. Wyłączenie drugiego kontrolera poprzez przecięcie drukowanych przewodów nie zmieniło sytuacji. Aby zrozumieć przyczynę, musiałem zapoznać się z podstawami urządzenia i działaniem magistrali USB. Pierwsza specyfikacja USB 1.0 została opublikowana na początku 1996 roku, a jesienią 1998 roku pojawiła się specyfikacja 1.1, naprawiająca problemy znalezione w pierwszym wydaniu. Specyfikacja USB 1.1 definiuje dwa tryby przesyłania informacji: low-speed (LS - low-speed), działający z prędkością do 1,5 Mbps oraz full-speed (FS - Full-speed) z maksymalną prędkością 12 Mbps. Wiosną 2000 roku opublikowano specyfikację USB 2.0, przewidującą 40-krotny wzrost przepustowości magistrali. Oprócz dwóch dotychczas dostępnych trybów prędkości, wprowadzono trzeci – szybki HS (High-speed), zdolny do pracy z prędkością do 480 Mb/s. W 2008 roku pojawił się nowy standard - USB 3.0 (Super Speed), zgodnie z którym prędkość transferu została zwiększona do 5 Gb/s. Aby jednak osiągnąć tę prędkość, trzeba było poważnie zmienić konstrukcję złączy i kabli, a jednocześnie nie udało się osiągnąć pełnej kompatybilności z poprzednimi wersjami. Ten interfejs jest przydatny do komunikacji z szybkimi dyskami twardymi, jeśli wymagane jest częste przesyłanie dużych plików. Ale dla niego oczywiście przyszłość. Jeden subtelny punkt jest związany z logo „USB 2.0”. Choć maksymalna przepustowość tego interfejsu wynosi 480 Mb/s, to w specyfikacji uwzględniono również możliwość jego pracy w trybach LS i FS. Tym samym tylko urządzenia zdolne do pracy w trybie HS mogą zapewnić przepustowość na poziomie 480 Mb/s. Programiści USB zalecają używanie logo „USB 2.0” tylko w przypadku urządzeń HS, ale rynek rządzi się swoimi prawami i wielu producentów używa tego logo w przypadku urządzeń FS, które w rzeczywistości spełniają tylko specyfikacje USB 1.1. Innymi słowy, napis na opakowaniu „USB 2.0” nadal nic nie mówi. Urządzenia w pełni zgodne z tą specyfikacją muszą być oznaczone jako „USB 2.0 HI-SPEED” z wyraźnym wskazaniem możliwości przepustowości 480 Mb/s. Sygnał przesyłany łączem komunikacyjnym z szybkością 480 Mb/s to następujący po nim impuls prostokątny o częstotliwości do 480 MHz. Każda osoba mniej lub bardziej obeznana w radiotechnice rozumie, że dla niezakłóconej transmisji prostokątnych impulsów o takiej częstotliwości konieczne jest ścisłe przestrzeganie wymagań dotyczących impedancji falowej linii transmisyjnych między mikroukładami i złączami oraz jej stałości na całej długości linii podczas opracowywania płytki drukowanej. Impedancja charakterystyczna dwuprzewodowej linii sygnału różnicowego na płytce musi wynosić 90 Ω ± 10%. Linia musi być symetryczna, a odległość między nią a innymi przewodami drukowanymi na płytce musi wynosić co najmniej pięciokrotność odległości między przewodami liniowymi. Pod nimi, na odwrotnej stronie płytki, powinna znajdować się ciągła warstwa folii na całej długości - ekran (wspólny drut). Odcinki linii, w których te wymagania nie są spełnione (na przykład podejścia do pinów mikroukładu lub styków złącza), muszą mieć minimalną długość. Typowe błędy w śledzeniu takich linii komunikacyjnych pokazano na ryc. 1, gdzie 1 - podział ekranu pod linią; 2 - odgałęzienie od przewodu liniowego; 3 - nierównoległość przewodów i zmiana odstępu między nimi; 4 - obcy przewodnik obok linii.
I oczywiście musisz przestrzegać zwykłych wymagań dotyczących instalacji obwodów wysokiej częstotliwości. Wszystkie przewody powinny być jak najkrótsze, a kondensatory obejściowe powinny znajdować się jak najbliżej odpowiednich pinów mikroukładów. Patrząc na zdjęcia płytek drukowanych zakupionych koncentratorów, można zauważyć, że w hubie DNS (rys. 2) wymagania te są mniej więcej spełnione. Twórcy bezimiennego koncentratora (ryc. 3) zastosowali w nim jednostronną płytkę drukowaną, dzięki czemu impedancja falowa linii komunikacyjnych bardzo różni się od standardowych 90 omów i występuje duża wrażliwość na zakłócenia elektromagnetyczne.
Oba koncentratory używają tych samych układów kontrolera koncentratora USB FE1.1s. Strona ich producenta jfd-ic.com dostępna jest niestety tylko w języku chińskim. Możliwy obwód włączania tego mikroukładu pokazano na ryc. 4. Różni się od standardowego brakiem diod sygnalizujących aktywne porty oraz dodatkowym układem pamięci nieulotnej. Więcej szczegółów na temat charakterystyki i funkcji układu FE1.1s można znaleźć w [1] (w języku angielskim).
Aby przetestować założenie, że słaba wydajność koncentratora jest spowodowana zignorowaniem wymagań specyfikacji USB dla topologii PCB, opracowałem własną wersję płytki. Rysunek drukowanych przewodów na jego warunkowo górnej stronie pokazano na ryc. 5. Folia na spodniej stronie jest całkowicie zachowana, z wyjątkiem pogłębień otworów na wyprowadzenia części, które nie łączą się ze wspólnym przewodem. Rozmieszczenie części po obu stronach planszy - na ryc. 6. Przelotki (pokazane wypełnione) są wypełnione kawałkami ocynowanego drutu, przylutowanymi po obu stronach płytki.
Wymiary geometryczne linii sygnałowych w celu uzyskania wymaganej impedancji falowej zostały obliczone za pomocą programu TX-LINE [2]. Jest bezpłatny i dostępny do pobrania po zarejestrowaniu się na stronie. Program nie wymaga instalacji, praca z nim jest intuicyjna. Po uruchomieniu programu i przejściu do zakładki sprzężone linie mikropaskowe (sprzężona linia MS) należy wybrać materiał żył linii - miedź (miedź), wpisać stałą dielektryczną włókna szklanego równą 5,5 oraz wymiary linii. Przy grubości włókna szklanego 1 mm, szerokości drukowanych przewodników 0,7 mm, odległości między nimi 0,5 mm i grubości folii 0,02 mm, uzyskujemy impedancję falową około 500 omów przy częstotliwości 93 MHz. Wszystkie elementy bierne przeznaczone do montażu natynkowego mają rozmiar 1206 lub 0805. Kondensatory tlenkowe C1, C3, C5, rezonator kwarcowy ZQ1 oraz złącze zasilania zewnętrznego XS5 są zamontowane od strony folii litej, pozostałe elementy od strony drukowane przewodniki. Jeżeli hub będzie używany tylko jako pasywny (wszystkie podłączone do niego urządzenia będą zasilane z komputera) to diodę VD1 można zastąpić zworką. Podczas podłączania do koncentratora urządzeń, które zużywają więcej niż 500 mA, moc z komputera nie będzie wystarczająca. W takim przypadku należy zdjąć zworkę i bez instalowania diody VD1 podłączyć do złącza XS5 stabilizowane źródło napięcia 5 V o wymaganej mocy. Aby koncentrator działał zarówno w trybie pasywnym, jak i aktywnym bez lutowania, należy w nim zainstalować diodę z barierą VD1 Schottky'ego. Zapobiegnie to przedostawaniu się napięcia zewnętrznego zasilacza do portu USB komputera. Zasadniczo, aby zmniejszyć grubość płytki, wszystkie części można umieścić z boku drukowanych przewodów, ale bez platerowania otworów komplikuje to instalację. W razie potrzeby można zmienić wymiary płytki i rozmieszczenie złączy USB, lekko dopasowując wzór wydrukowanych przewodów. Układ FE1.1s wylutowałem z mojego siedmioportowego koncentratora, ale można go też kupić osobno w internecie. Jest to jeden z nielicznych kontrolerów koncentratorów USB dostępnych w obudowie SSOP-28 z rozstawem pinów 0,64 mm. Płytkę do takiego etui można z powodzeniem wykonać metodą termotransferu wzoru na folię. Testując wyprodukowany hub stwierdziłem, że całkowicie zniknął wpływ promieniowania elektromagnetycznego, dwa z jego czterech portów doskonale współpracują z pendrive'em i dyskiem twardym USB, natomiast dwa pozostałe działają tylko z myszką. Musiałem odlutować drugi kontroler z huba siedmioportowego i zastąpić go pierwszym na domowej płytce. Teraz trzy z czterech portów są w pełni funkcjonalne. Ponadto port, który działał bezproblemowo z pierwszym kontrolerem, przestał działać w trybie HS. Dokumentacja chipa FE1.1 mówi, że wszystkie jego kopie po wyprodukowaniu przechodzą ostateczną kontrolę. Oczywiście wadliwe egzemplarze nie trafiają do kosza, tylko do bezimiennych producentów. Lub kontroler ma jakieś nieudokumentowane wersje. Tak czy inaczej, opcja z trzema pełnoprawnymi portami USB 2.0 mi odpowiadała. Zwracam uwagę na fakt, że prawie wszystkie tanie huby ze złączem do podłączenia zewnętrznego zasilacza nie mają żadnego odsprzęgnięcia między obwodami zasilania zewnętrznego i wewnętrznego. Styki mocy wszystkich złączy są po prostu ze sobą połączone. Dzięki temu istnieje możliwość wyłączenia portu USB komputera poprzez podanie na niego napięcia z zewnętrznego zasilacza podłączonego do koncentratora. Jeżeli do zakupionego koncentratora ma być podłączone zewnętrzne zasilanie, należy otworzyć obudowę koncentratora i przeciąć przewód wychodzący z pinu 1 złącza portu upstream (tego, który jest podłączony do komputera). Aby zachować możliwość wykorzystania koncentratora w trybie pasywnym, w tym miejscu można przylutować diodę podobnie jak VD1 na schemacie na ryc. 4. Musi być z barierą Schottky'ego (w celu zmniejszenia spadku napięcia) i dopuszczalnym prądem przewodzenia co najmniej 1 A. Zgodnie ze specyfikacją USB 2.0 kabel połączeniowy musi być ekranowany. Jednak przy zakupie kabla określenie, czy ma ekran, czy nie, może być trudne. Jedyne, co może wskazywać na obecność ekranu, to oznaczenie „USB 2.0 High Speed” na kablu. Pośrednim znakiem są tłumiące zakłócenia ferrytowe „zatrzaski” na jego końcach. Jednak ani oznaczenia, ani zatrzaski nie mówią nic o jakości ekranu. W dobrym kablu powinien być owinięty folią wokół wiązki przewodów, na którą nałożona jest „pończocha” w oplocie miedzianym. Często producenci obniżają koszty produkcji, stosując kilka miedziowanych drutów stalowych zamiast pełnoprawnego ekranu. Jakość ekranu można ocenić mierząc rezystancję między metalowymi obudowami złączy na obu końcach kabla. Jeśli jest bliski zeru, kabel ma pełnowartościowy miedziany ekran. Jeśli rezystancja wynosi 3 ... 4 omy lub więcej - jest ekran, ale jest on wykonany ze stalowych drutów. Ten kabel jest zwykle cieńszy, ale używanie go w środowisku EMI może spowodować awarię komputera. Na przykład, gdy obok kabla znajduje się telefon komórkowy lub w pobliżu pracuje amatorski nadajnik-odbiornik. Jeśli rezystancja między obudowami złączy jest nieskończona, wówczas kabel nie jest ekranowany i nie nadaje się do pracy z dużą szybkością. W żadnym przypadku korpus złącza nie może być podłączony do żadnego z jego pinów. Niedozwolone jest samodzielne lutowanie, splatanie, ekranowanie lub wymiana złączy w kablu. Najbardziej pewnym kryterium wyboru jest przezroczysta zewnętrzna powłoka kabla, przez którą wyraźnie widać wysokiej jakości oplot ekranujący. A jeśli jednocześnie na obu końcach są ferrytowe zatrzaski, to taki kabel śmiało można zaliczyć do PRO. Podsumowując to, co zostało powiedziane, sformułuję główne kryteria wyboru koncentratora USB 2.0 do szybkiej wymiany informacji: - lepiej kupić piastę w sklepie detalicznym, przewidując z góry możliwość jej zwrotu lub wymiany na inny model;
Jeśli żaden ze sprzedawanych modeli piast Ci nie odpowiada, zrób to sam, jak opisano powyżej. Plik PCB w formacie Sprint Layout 6.0: ftp://ftp.radio.ru/pub/2014/11/hub.zip literatura
Autor: N. Chlyupin
Sztuczna skóra do emulacji dotyku
15.04.2024 Żwirek dla kota Petgugu Global
15.04.2024 Atrakcyjność troskliwych mężczyzn
14.04.2024
▪ Pociąg jednowagonowy z silnikiem Diesla Kawasaki Heavy Industries ▪ 64-megapikselowy czujnik OmniVision do aparatów w smartfonach ▪ Kontroler modułowy Fujitsu TeamPoS 7000 S Series dla handlu detalicznego
▪ sekcja serwisu Wzmacniacze niskich częstotliwości. Wybór artykułu ▪ artykuł Rocker sterujący modelu sznurkowego. Wskazówki dla modelarza ▪ artykuł Czy samiec konika morskiego może mieć dzieci? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Cocklebur kłujący. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł Timer o dużej mocy. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ artykuł Tabela obliczeniowa transformatorów. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony