USB'de neden 3 yerine 4 hat var?

USB 4 pin belirtir:

1.   VBUS   +5V
2.   D-     Data-
3.   D+     Data+
4.   GND    Ground

Neden bu 3 değil? Veri ve Güç ortak bir temeli paylaşamaz mı? Bunun D-temelini anlama konusunda doğru muyum D+?

Hayır, D-toprak değil. Veriler bir diferansiyel çizgi üzerinden gönderilir , yani D-bunun bir ayna görüntüsüdür D+, bu nedenle her iki Veri çizgisi de sinyali taşır. Alıcı çıkarır D-den D+. Eğer her iki tel de bir miktar gürültü sinyali alırsa, çıkarma iptal eder.

Bu yüzden diferansiyel sinyal, gürültüyü bastırmaya yardımcı olur. Kablo tipi, yani bükülü tel çifti de öyle . Teller sadece paralel olarak koştuysa, manyetik parazit alabilecek (dar) bir halka oluştururlar. Ancak bükülmeler sayesinde tellerin sahaya göre yönelimleri sürekli değişmektedir. Bir indüklenen akım, ters işareti yarım büküm daha fazla olan bir akımla iptal edilir.
Bükülmüş tel üzerinde dikey olarak çalışan bir rahatsızlığınız olduğunu varsayalım. Her bükümün yarısını, rahatsızlığı artıran küçük bir halka olarak kabul edebilirsiniz. Sonra bir sonraki küçük döngünün zıt alanı gördüğünü görmek kolaydır (baş aşağı, böylece konuşmak için), böylece ilk alanı iptal eder. Bu, yarım bükümün her çifti için olur.
Benzer bir dengeleme etkisi, toprağa kapasitans için de meydana gelir. Düz bir çiftte bir iletken toprağa göre daha yüksek kapasitans gösterirken, bükülmüş bir çiftte her tel aynı kapasitansı gösterecektir.

edit
cat5 gibi birkaç bükümlü çiftli kablolar karışma riskini en aza indirmek için her çift için farklı büküm uzunluğuna sahiptir.

Tek uçlu (dengesiz) bir sinyal yerine, diferansiyel (veya dengeli) bir sinyaldir.

Bu, alıcının bir ve toprak arasındaki değil, aralarındaki voltajı "ölçtüğü" anlamına gelir.
D + 2V'de, D- 1V'de. Şimdi telin bir miktar dış gürültü (RF, ana şebeke vb.) Aldığını söyleyin. Her iki kablonun da birlikte büküldüklerinden ve aynı empedanstan aynı gürültü sinyalini almaları çok muhtemeldir.
Diyelim ki 50mV gürültü alıyoruz. Şimdi D + 'nın üzerinde 2050mV var ve D- 1050mV'ye sahip - aralarındaki fark yine de 1V (1000mV) ve bu alıcının "göreceği" şey.
Bu, tek uçlu bir kabloyla yapılsaydı, D + (D- yok) 1050mV'de ve toprak hala 0V'da olacaktı, böylece alıcı 1050mV'yi görecekti.

Bu, biraz fazla basitleştirmenin bir kısmıdır (ancak temel kavramı ele geçirir) - zemin de bir miktar gürültü alabilir (veya başlaması için onu sunabilir), ancak sinyal ve gürültü arasındaki uyumsuz empedans nedeniyle Her satırda toplanan farklı olacaktır ve bu fark alıcı sonunda görülecektir. Ayrıca, başlangıçta (örneğin topraklama döngüsü), tek uçlu sistemler için büyük bir problem olan mevcut olabilir.
Çizgilerin empedanslarının dengeli bir bağlantıda eşleştirilmesi, iyi ortak mod reddi (yani her iki sinyalde ortak olan sinyalin reddedilmesi) için, sadece her iki çizginin de tam olarak aynı miktarda gürültü alması durumunda işe yaradığı için çok önemlidir. Sinyaller simetrik olmak zorunda değildir. Bununla birlikte, her iki sinyali de eşit şekilde etkilediği sürece gürültü oluşturulur, ardından ortak mod reddi çok iyi olacaktır.

Aslında, bir kez denendi: Apple Desktop Bus (ADB), klavyeleri ve fareleri Apple Macintosh bilgisayarlarına bağlamak için yaklaşık 1986'dan Apple 1997'de iMac ile USB'ye bırakıncaya kadar kullanıldı.

Dört kabloya sahipti: 5V, toprak, veri ve güç anahtarı. Güç düğmesi, sadece klavyedeki, hattı toprağa bağlayan ve güç kaynağına makineyi çalıştırmasını söyleyen güç düğmesi içindir. 5V hattı kapalı olsa bile kendi kablosu olması gerekiyordu.

Bunun dışında veri hattı her şeyi çok yavaş bir şekilde taşıdı. Veri yolu bir masaüstü aygıt veriyolu olmanın ötesine geçmedi, çünkü yalnızca tek uçlu bir sinyale sahip değildi, aynı zamanda uzunluk sınırlamaları da vardı (her iki uçta sonlanmadığından veri yolunun sonundan yansımalar alıyorsunuz).

Böylece Intel, USB için farklı sinyaller kullanmaya karar verdi. Diferansiyel sinyallemenin sizi satın alması hakkında iyi bir fikir edinmek istiyorsanız, tek uçlu RS-232 veri yolunun performansını, diferansiyel RS-422 veri yolu ile karşılaştırın. RS-422, belirli bir bit hata oranında daha az kaynak gerilimi olan daha uzun bir kablo üzerinden sürülebilir.

Bu neden? Uzun versiyon elektromanyetik dersinde bir gün ders alıyor. Kısa versiyon, bir gürültü sinyalinin bir diferansiyel çiftin her iki telinde de aynı voltajı indüklemesidir, bu nedenle alıcı ucundaki karşılaştırıcı onu iptal eder (genel mod voltajını çok iyi reddeder). Tek uçlu bir hattın karşılaştırılabilir garantisi yoktur, çünkü toprak hattının ve sinyal hattının aynı gürültü sinyalini alacağının garantisi yoktur; Zemin şasi toprağı üzerinden bile bağlanmış olabilir ve geri dönüş akımı tamamen farklı yollar alacaktır.

Aslında birçok USB'de 4 değil 5 satır vardır (5. satır OTG uygulamalarında kimin usta olduğunu görüşmek içindir. Bunun mini ve mikro USB konektörleriyle sınırlı olduğunu unutmayın.)

Diğerlerinin de belirttiği gibi, D + ve D- çizgileri diferansiyel bir çift. Bir alıcı ortak mod voltajını göz ardı edebileceğinden, bir diferansiyel çift, tek uçlu bir sinyalden daha iyi gürültü bağışıklığı sağlar. Mantıksal olarak, D + ve D- çizgileri tek bir sinyaldir.

Kesin olarak, bunun içine giren tek şey olduğunu söyleyemem , ama bu topraklama için değil, EMI iptali için. Verilerin +/- telleri olan bükülü çift teldeki diferansiyel sinyallerini taşıyan.

Tıpkı tipik bir ev telefonu kablosunda veya ağ kablosunda bulacağınız gibi.

D + D-diferansiyel veri iletim mekanizması etkilenen gürültüyü azaltmak için kullanılır, bu nedenle iletimin bant genişliği oldukça arttırılabilir.

USB gibi, diferansiyel fiziksel katman kullanan başka birkaç iletim protokolü vardır. Bazı örnekler RS485, Ethernet ...

Ancak, farklı verilerde bile, USB'de tek uçlu sinyalin kullanıldığı zamanlar vardır: Paket sonu düşük durumda tek uçlu sıfır (SE0), yani hem D + hem de D ile sinyal verilir. . Bu durum 2 bit sürüyor. SE0 10ms'den daha uzun sürerse, veriyolu sıfırlama anlamına gelir.

Bu tek uçlu sinyal, USB'yi elektromanyetik parazitlere karşı oldukça hassas kılar, tıpkı bir saç kurutma makinesinin yakındaki bir USB çevre biriminde çok fazla bağlantı kesilmesine neden olduğu zamanlarda bulduğum gibi. Ve hiçbir ortak mod filtresi etkili bir şekilde kullanılamaz, çünkü bunlar SE0 sinyalini bozabilir ... Bir başka iyi tasarlanmış standart ...

Mantık USB şartnamesi elektrik bölümünün temel noktaları hakkında genel bir bakış vardır ötesinde burada (aynı zamanda PDF biçiminde burada ):

... USB, veriler için bir diferansiyel iletim çifti kullanır. Bu, NRZI kullanılarak kodlanmıştır ve veri akışında yeterli geçişleri sağlamak için bit doldurulmuştur.

...

Alıcı, D + 'dan büyük D + 200mV olarak' 1 've D-' dan daha düşük D + 200mV olarak '0' farkını tanımlar. Sinyalin kutupsallığı veriyolunun hızına bağlı olarak ters çevrilir.