USB'de neden Vcc = 5V ve yüksek = 3.3V var?


21

V-USB kullanarak bir cihaza USB desteği eklemeyi düşünüyorum. Orada ve diğer sitelerde okuduğum kadarıyla, USB veri pinlerinde sadece 3,3V gibi görünüyor, USB tarafından sağlanan voltaj 5V.

Bunun arkasındaki sebep nedir? Benim için sadece işleri daha karmaşık hale getirdiği için, bu şekilde tahtada birden fazla voltajla çalışmam veya Vcc'yi 3.3V'a tamamen düşürmem gerekiyor.


Bir soruya benziyor, AC çıkışım 120 V, neden cihazımdaki dijital sinyaller sadece 3,3 V veya hatta 1,2 V?
Ale..chenski

Yanıtlar:


10

Düşük hızlı USB'deki veri hatlarında verici için aşağıdaki karakteristik diferansiyel sinyal voltajı bulunur: -

Düşük ve tam hızlı cihazlarda, bir diferansiyel '1', 15K ohm direnç toprağa çekilerek D + 2.8V'nin üzerine, 1.5K ohm direnç 3.6V'a çekilerek DV'nin 0.3V'nin altına çekilmesiyle iletilir. Öte yandan bir diferansiyel '0', aynı uygun aşağı çekme / yukarı dirençli D-2.8V'den büyük ve 0.3V'den düşük bir D + 'dır.

resim açıklamasını buraya girin

Ve alıcı için spec: -

Alıcı, bir '1' diferansiyelini D- değerinden daha büyük D + 200mV ve D 'den 200mV değerine kadar D + 200mV olarak tanımlar.

Buradan alınan bilgiler ve 3V6 dediği yerde aslında 3V3 anlamına geldiğini unutmayın.

Yüksek hızlı USB sistemleri için voltaj seviyeleri daha düşüktür: -

resim açıklamasını buraya girin

Muhtemelen iletim mantığı seviyelerinin 5V veya 3V3 mantık sistemleri ile gerçekten bir ilgisi olmadığını söyleyebilirsiniz. Güç beslemesi, 5V ve 3V3 sistemleriyle uyumluluğu oldukça kolay hale getiren normal bir güç beslemesidir.


Tamam, sadece özetlemek gerekirse, 1'in 2.8'in üzerinde D + olduğunu ve bunun tersini söylüyorsunuz. Peki ~ 5V'a kadar çekebilir miyim? D + ve D-5V toleranslı mıdır?
Dakkaron

2
Bazı yüksek hızlı (USB2) alıcıların 5V toleranslı olmadığını görebilirsiniz. İşte özellikle söylediği bir şey: exar.com/connectivity/uart-and-bridging-solutions/usb-uarts/…
Andy aka

Tamam, bu yüzden D + ve D- üzerindeki çıkışımı maksimum 3.3V ile sınırlamalıyım. Bu bilgi için teşekkürler!
Dakkaron

Spesifikasyonu alıntıladınız, ancak spesifikasyon yazarlarının bunu neden böyle yaptığını sormadınız.
Philipp

@philipp bunu cevaplamaktan çekinmeyin.
Andy aka

22

Daha yüksek voltaj, cihaza voltaj düşmesi için telafi sağlar. USB 3.3v ise, uzun bir kablonuz ve 0.5v düşüşlü zayıf konektörleriniz varsa, cihaz yalnızca 2.8v'de çalışır. Voltaj 5v ise, çalışmak için hala 4.5v'ye sahipsiniz ve bu bir LDO voltaj regülatörü çalıştırmak için yeterlidir.


Bu, veri pinlerindeki voltajın neden sadece 5V değil, sadece 5V olduğunu açıklamaz.
Philipp

4
@Philipp emin. İşlemci voltajı garanti edilemezse, veri hattı voltajı da garanti edilemez. Bu voltaj sistemi ile 5v hattı düşse bile veri hattı voltajı hala garanti edilebilir. Bu garantili voltaj, tam hızlı ve yüksek hızlı USB için temiz iletim sağlamak için gereklidir.
vini_i

Cihaza doğru veri voltajını da düşüreceğini düşünüyorum, ancak cihaz veri voltajını üretmek veya bir hatayı belirtmek için güç voltajından yeterli güce sahip olacaktır.
Cees Timmerman

2
@vini_i Anlıyorum. Bilgi için teşekkürler! Yani temelde, USB 5V güç kaynağı olan 3.3V arabirimdir?
Dakkaron

1
@Dakkaron emin, ama daha fazla nedeni var. Daha yüksek güç aktarımı da önemlidir.
vini_i

8

Güç pimlerindeki 5V voltaj, güce ihtiyaç duyan bir cihaz için sadece bir güç beslemesidir. USB'nin piyasaya sürüldüğü sırada hem 5V hem de 3.3V cihazları yaygındı ve amaç her iki sistemi de desteklemektir. 3.3V yerine güç kaynağı voltajı olarak 5V kullanmanın (en azından) iki avantajı vardır:

  • Aynı besleme akımında daha yüksek voltaj kullanan daha yüksek güce (örn. Harici HDD) ihtiyaç duyan cihazlar için daha fazla güç elde edilir. Besleme voltajı olarak 3.3V kullanılması ve akımın artırılması, iletilmesi daha kalın tel gerektireceğinden eşit derecede iyi olmaz.
  • 3.3V düşük güçlü bir cihaz durumunda, 3.3V'yi 5V'den basit bir LDO kullanarak düzenlemek için çok daha basit, daha ucuz ve daha verimlidir. İkincisi, daha karmaşık bir anahtar modu yükseltme dönüştürücüsü gerektirir.

Veri pimleri için durum, hem 3.3V hem de 5V cihazlarını mümkün olduğunca basit bir şekilde desteklemek içindir. 5V'luk bir cihazın giriş / çıkışı, maksimum 3.3V'luk yorum ve çıkış için tasarlanabilir. yüksek düzeyde. Onlarca yıllık TTL standardı zaten yüksek seviye olarak sadece 2.4V gerektiriyordu, bu yüzden teoride 3.3V uyumlu (giriş olarak).

Buna karşılık, veri yolu 5V seviyelerinde çalışacak şekilde seçilirse, 3.3V cihazlarda sorunlara neden olur. Bir giriş kolayca 5V toleranslı hale getirilebilse de, bir çıkışta tek besleme gerilimi kullanarak 5V çıkış yapmak mümkün değildir. Seviye değiştirici (dahili veya harici) ve her iki besleme voltajı gerektirir. Özellikle USB gibi çift yönlü veri yollarında, öncekinden daha karmaşıktır.


3

Bir diferansiyel bara için voltaj seviyelerini belirlerken birincil faktör güç tüketimidir. Gerilim / bit hızı ne kadar yüksek olursa, güç tüketimi o kadar yüksek olur (bu okuyucu için açık olmalıdır). Özellikle, çok yüksek hız sinyalleriniz veya birden fazla yük noktanız olduğunda güç tüketimi yükseltilir. Aynı sorunu diğer yönde düşünürseniz, sürücü perspektifinden daha yüksek bir voltaj seviyesine ulaşmak daha zor olacaktır, bu nedenle iletim hızını sınırlayacaktır. USB dahil olmak üzere birçok modern veriyolunda kullanılan akım modu sürüşü (hızı sağlar), veri hatlarında daha düşük voltaj dalgalanmalarına izin verir.

Başka bir notta, yansımalar veya sinyal kusurları, aşırı / alt sınırlara neden olacaktır. Veriyolunda zaten yüksek bir gerilime sahipseniz, üst üste binen (ve daha yüksek güç) geçici akımlar cihaz tarafından tolere edilemeyebilir. Bu güç de boşuna. Bu fenomenin en uç durumu, anteni bir RF vericisinden ayırmanızdır. Vericide yeterli güce sahipseniz, radyoyu tehlikeye atacaksınız. EMI gibi diğer faktörleri de dikkate alabilirsiniz. Sona erdirme sırasında harcanan ısıya ne dersiniz? Belirli bir Z0 için daha fazla dalgalanma, daha fazla ısı.

Bu nedenle Düşük / Tam hızlı USB 3.3V, USB 2.0 ve sonraki sürümleri daha da düşük 800 / 400mv kullanır. Genellikle belirli bir arayüz için anlamlı olan en düşük voltajı uygulamak isteriz. Birçok yüksek hızlı arabirimin (ethernet, can, hdmi, pci, lvds ve daha fazlası gibi) hepsinin aynı katmandaki düşük voltaj sinyallerini kullandığını hatırlatmak isteriz.


EE yığın değişimine hoş geldiniz, iyi cevap. Lütfen kişisel yorumları cevapların dışında tutmaya çalışın, iyi olun.
RoyC

2

Diğer neden, bağlantının düzgün çalıştığına dair güven olabilir. Daha büyük menzil gürültüye karşı daha güçlüdür (çünkü bitin durumunu değiştirmek için daha yüksek voltajlı gürültüye ihtiyaç duyar).

Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.