Setting96.ru

Строительный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Стандарт USB Power Delivery: что нужно знать о популярной системе зарядки мобильных устройств

Стандарт USB Power Delivery: что нужно знать о популярной системе зарядки мобильных устройств

1

USB Power Delivery уже используется повсеместно в качестве универсального стандарта зарядки смартфонов. В этой статье приводится необходимый минимум технической информации, который нужно знать всем, кто пользуется этим стандартом.

Возможность быстрой подзарядки – всегда очень кстати, когда заряд батареи вашего устройства подходит к концу. Однако при использовании зарядных устройств от сторонних производителей – при огромном разнообразии разъемов и стандартов зарядки (и проприетарных, и лицензируемых) – бывает сложно определить, на какую скорость зарядки можно рассчитывать. Поэтому все гаджеты обычно поставляются в комплекте с фирменными адаптерами, гарантирующими максимально быструю зарядку, но фирменный адаптер из комплекта устройства в нужный момент не всегда оказывается под рукой. Стандарт USB Power Delivery (USB PD) с новейшими спецификациями зарядки от USB Promoters Group призван решить эти проблемы.

USB Power Delivery – это общий универсальный стандарт быстрой зарядки, спецификации которого рассчитаны на любые устройства с USB. USB PD ведет свою историю с 2012 года – с того момента, как был представлен порт USB-C. Да, USB PD используется уже давно. Технология Power Delivery пришла на смену более старой технологии зарядки USB Battery Charging (USB BC), которая была разработана в целях повышения мощности зарядки относительно базовых спецификаций порта USB. Таким образом, USB Power Delivery – это уже третья версия технологии зарядки устройств через USB-порты, которая отличается большей гибкостью профиля мощности зарядки (за счет расширения диапазона опций напряжения), что позволяет обеспечить оптимальную скорость зарядки конкретного устройства.

Мы предлагаем вашему вниманию основные технические сведения о стандарте USB Power Delivery, которые нужно знать, чтобы пользоваться USB-зарядкой гаджетов более грамотно.

USB Power Delivery: краткий ликбез

2

Современные порты USB-C – это сами по себе сложные устройства, поддерживающие несколько уровней мощности зарядки. Нужный уровень мощности – это как раз то, что обеспечивают фирменные зарядные устройства, идущие в комплекте с гаджетами.

Во-первых, все порты USB поддерживают самый базовый (минимальный) уровень мощности зарядки – на напряжении 5 В током до 500 мА; более продвинутые современные порты поддерживают опцию 5 В, 900 мА. Эти уровни базируются на исходных спецификациях USB и обеспечивают зарядку – очень медленную для любого устройства, за исключением самых маломощных. Порты USB-C могут поддерживать зарядный ток 1.5 и 3 A на напряжении 5 В, обеспечивая мощность до 15 Вт – устройство будет заряжаться быстрее, но все равно довольно медленно по сравнению с той скоростью, которую предлагают другие стандарты быстрой зарядки.

Зарядка USB Power Delivery – намного мощнее: поддерживается мощность до 100 Вт, что позволяет заряжать самые требовательные устройства, включая ноутбуки. К тому же эта технология безопаснее, поскольку заряжаемое и заряжающее устройство взаимодействуют друг с другом через USB-кабель, который гарантирует оптимальную для данного гаджета мощность зарядки. Подтверждение установления связи между устройствами подразумевает также настройку напряжения зарядки на наиболее подходящий уровень – 5, 9, 15 или 20 В – что позволяет получить на выходе мощность в диапазоне от 0.5 до 100 Вт. Новый стандарт программируемой подачи питания USB Power Delivery Programmable Power Supply (USB PD PPS) позволяет, кроме того, регулировать в процессе зарядки сами уровни зарядного напряжения, обеспечивая максимально эффективную оптимизацию режима зарядки. Если два устройства отказываются устанавливать связь при подходящем уровне мощности, USB Power Delivery по умолчанию переходит к «ближайшей» опции режима зарядки, поддерживаемой релевантным USB-протоколом, например, USB-C 1.5 A.

В таблице ниже приведены спецификации (номинальное напряжение и максимальный ток) режимов USB-зарядки в порядке понижения уровня технологии

3

USB Power Delivery в настоящее время широко используется для быстрой зарядки смартфонов, ноутбуков и других гаджетов, в числе которых – мобильные телефоны Google Pixel, смартфоны Samsung Galaxy S и телефоны и ноутбуки Apple (iPhone и MacBook). Этот стандарт зарядки также поддерживает множество смартфонов других марок, часто – в дополнение к более быстрому проприетарному стандарту фирмы-производителя.

Сравнение версий USB Power Delivery

4

На текущий момент стандарт USB Power Delivery насчитывает три версии, которые рассчитаны на устройства, несколько отличающиеся по своим возможностям. Хотя современные версии стандарта обладают обратной совместимостью по отношению к старшим моделям, которые могут выступать и в качестве заряжаемых, и в качестве заряжающих устройств.

Технология первого поколения USB PD 1.0 по сравнению с современной версией выглядит уже немного примитивной. Она просто предлагает шесть фиксированных профилей мощности для различных категорий устройств. Поддерживаются следующие опции: 10 Вт (5 В, 2 A), 18 Вт (12 В, 1.5 A), 36 Вт (12 В, 3 A), 60 Вт (12 В, 5 A), 60 Вт (20 В, 3 A) и 100 Вт (20 В, 5 A). Это хорошо, но не позволяет точно подстроиться под ряд устройств, в числе которых – смартфоны с небольшой емкостью батареи, предпочитающие зарядку на меньшем напряжении.

В более современных версиях USB Power Delivery 2.0 и 3.0 вместо этих фиксированных профилей применяются более гибкие: опции напряжения зарядки остаются фиксированными, зато согласуемый с заряжаемым устройством зарядный ток может варьироваться в достаточно широких пределах. В результате мы получаем гораздо более гибкий стандарт, который лучше подходит для широкого диапазона устройств. Версия USB Power Delivery 3.0 также расширяет коммуникационный протокол, который теперь поддерживает такие фишки, как передача информации о батарее устройства-приемника зарядной мощности устройству-источнику, усиленная защита данных и возможность быстрой смены функциональных «ролей» приемника и источника зарядки (Fast Role Swapping).

Мощность зарядки USB PD, ВтФиксированное напряжение зарядки, ВСогласуемый ток зарядки, АПримеры устройств
От 0.5 до 155От 0.1 до 3.0Наушники, мелкие аксессуары с USB
От 15 до 279От 1.67 до 3.0Смартфоны, фото- и видеокамеры, дроны
От 27 до 4515От 1.8 до 3.0Планшеты, компактные ноутбуки
От 45 до 10020От 2.25 до 3.0 – через любой USB-кабель.
От 3.0 до 5.0 – только через USB-кабель соответствующего номинала
Большие ноутбуки, дисплеи

Большинство современных смартфонов поддерживает спецификации USB Power Delivery 2.0 и 3.0 (в том или ином виде). Типовая мощность зарядки смартфонов – 18 Вт, ноутбуков – 60 Вт. Некоторые смартфоны, использующие USB PD в качестве основной технологии быстрой зарядки, могут заряжаться немного быстрее (с большей мощностью).

Технология USB Power Delivery Programmable Power Supply

5

Несмотря на усовершенствование стандарта в версиях USB Power Delivery 2.0 и 3.0, они все-таки не полностью удовлетворяют требованиям к гибкости конфигураций зарядной мощности, которая обеспечивала бы еще более быструю зарядку устройств. Скорость зарядки батареи – это величина, чувствительная к значениям зарядного напряжения, что, в свою очередь, обусловлено наличием оптимума у зарядного тока, на который рассчитана данная батарея. Стандартный набор опций напряжения – 5, 9, 15 и 20 В – не всегда обеспечивает оптимальный режим для максимально быстрой зарядки.

Версия USB Power Delivery 3.0, вышедшая в 2018 году, включает в себя, помимо прочего, протокол программируемой подачи питания Programmable Power Supply (USB PD PPS). USB PD PPS обеспечивает намного более гибкие режимы зарядки – благодаря возможности настройки дискретных уровней зарядного напряжения с очень маленьким шагом (20 мВ). Это – в сочетании с двусторонней коммуникацией между заряжаемым и заряжающим устройствами и применением специальных алгоритмов управления зарядным напряжением – позволяет установить оптимальное согласованное динамическое зарядное напряжение, которое даже можно изменять в ходе зарядки. Поэтому USB PD PPS для быстрой зарядки подходит намного лучше, чем обычный протокол USB PD.

Протокол USB PD PPS, как более новая часть стандарта, в 2021 году поддерживается только небольшой группой гаджетов и зарядных устройств. Эта поддержка постепенно расширяется, особенно в сегменте зарядных устройств, но пока новейшие спецификации вводят пользователей в некоторое замешательство. Например, устройства серии Samsung Galaxy S21 могут заряжаться максимально быстро (в своем режиме полной мощности зарядки 25 Вт) только от зарядных устройств USB PD PPS. А во всех остальных случаях, когда используются обычные зарядные устройства USB PD, пользователям приходится довольствоваться менее быстрой зарядкой с мощностью 18 Вт.

Насколько быстро работает USB Power Delivery?

6

С учетом большой вариативности, с одной стороны, профилей мощности зарядки USB PD, а с другой – емкостей батарей заряжаемых устройств, назвать какую-то общую цифру, характеризующую скорость зарядки по данному стандарту, невозможно. Тем не менее, по статистике, телефоны с большой емкостью батареи, используя опцию USB Power Delivery 18 Вт, обычно полностью заряжаются чуть более чем за час. На зарядку больших ноутбуков, использующих опцию 60 Вт, в среднем уходит от одного до двух часов.

Читать еще:  Регулировка громкости на микроконтроллере

В отличие от ноутбуков, смартфоны предпочитают заряжаться не на самых высоких напряжениях. Как правило, быстрая зарядка батарей смартфонов осуществляется высоким током на напряжении 5 или 9 В. Например, технология зарядки OnePlus 65 Вт работает с напряжением 10 В и током 6.5 A, технология Huawei 40 Вт – с близкими значениями 10 В и 4 A. Оба эти примера представляют проприетарные технологии зарядки.

Ближайшая опция напряжения USB PD – 9 В, которая (см. таблицу выше) при максимальном для нее токе дает мощность зарядки 27 Вт, что очевидно будет много медленнее. Большинство смартфонов с USB Power Delivery фактически не используют максимальный ток зарядки 3 A, со своей стороны ограничивая мощность зарядки до 18-20 Вт. Именно поэтому быстрейшая зарядка смартфонов по-прежнему базируется на проприетарных технологиях.

С точки зрения универсальной опции для быстрой зарядки USB PD PPS выглядит более перспективным. Samsung Galaxy S21 заряжается с мощностью 25 Вт, используя напряжение PPS 9.5 В. Кроме того, Samsung реализует более мощный режим зарядки USB PD PPS 45 Вт в серии Galaxy Note 10 Plus, то есть технически этот стандарт можно использовать для быстрой зарядки. Однако Samsung, по-видимому, пока не собирается продолжать внедрение столь мощной зарядки в своих устройствах, возможно, потому, что быстрая зарядка представляет собой слишком сильную нагрузку для типовой батареи телефона.

Хотя проприетарные технологии в части увеличения скорости зарядки идут еще дальше: для зарядки своих смартфонов Oppo уже предлагает мощность 100 Вт, Xiaomi – 120 Вт. В рамках текущих спецификаций USB PD и PPS вряд ли будут конкурировать с такими скоростями, однако здесь уже начинают играть роль соображения оптимального соотношения скорости зарядки и энергопотребления. Мощности 40 Вт вполне достаточно, чтобы смартфон зарядился очень быстро.

Удобство использования и экологичность

7

Хотя скорость зарядки – важная составляющая стандарта USB Power Delivery, и в особенности PPS, это не главная цель, с которой он разрабатывался. USB PD разрабатывался прежде всего как простой стандарт для зарядки самых разнообразных устройств с USB, который позволяет обойтись без проприетарных портов, коннекторов и вилок.

Во-первых, это существенно упрощает задачу в тех случаях, когда пользователю надо просто зарядить свой гаджет, воткнув его куда-нибудь. Еще один положительный момент – производителям гаджетов не нужно будет выпускать новое зарядное устройство для каждой новой модели. Выбрасывание старых зарядных устройств и кабелей уже представляет собой большую проблему, не только с точки зрения засорения окружающей среды, но и с точки зрения безвозвратной потери драгоценных металлов и других ограниченных ресурсов. Это серьезные основания для того, чтобы всем – и пользователям, и производителям мобильных устройств – перейти на унифицированную стандартную технологию зарядки гаджетов, примером которой может служить USB Power Delivery.

Фирменные смартфоны без традиционных адаптеров в комплекте на сегодняшний день могут выглядеть спорным решением. Поскольку не у всех пользователей есть совместимое зарядное устройство USB PD PPS. Но в перспективе мы, возможно, и не заметим отсутствия проприетарного зарядного устройства в комплекте нового гаджета, потому что все наши гаджеты будут быстро заряжаться от универсального зарядного устройства, которое будет у каждого пользователя. В любом случае – это интересно.

Интерфейс USB в схемах на микроконтроллере

USB (Universal Serial Bus) — это универсальный последовательный интерфейс, позволяющий подключать к компьютеру разнообразные периферийные устройства и одновременно обеспечивать их питанием +5 В. Интерфейс USB в быту часто называют «шиной», но это тавтология, поскольку слово «Bus» переводится с технического английского языка как «шина».

Днем рождения USB считают 15 января 1996 г., когда вышла в свет первая спецификация параметров USB-1.0. Инициировали создание интерефейса фирмы Compaq Computer, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC, Nortel. Известно несколько спецификаций USB, но для MK общего назначения из них годятся только USB-1.1 и USB-2.0 (Табл. 4.4).

Таблица 4.4. Хронология спецификаций интерфейса USB

Исправлены неточности начальной версии

Увеличена скорость, добавлены разъёмы miniUSB

Беспроводной USB на расстоянии 3…10 м

Увеличена скорость и ток питания, изменён разъём

Почему же интерфейс USB вытесняет из компьютеров привычные СОМ- и LPT-порты, переводя их в разряд «legacy» (устаревшие)? Причин несколько:

• повышенная в 10… 1000 раз скорость передачи данных;

• улучшенная помехозащищённость (дифференциальные сигналы);

• простота организации питания и возможность «горячего» подключения;

• высокая достоверность, ввиду аппаратного исправления ошибок;

• возможность разветвления сигналов от одного разъёма через хабы.

Недостатки USB: относительно малый радиус действия 1.8…5 м (без хабов), необходимость установки специфических драйверов в операционной системе, сложность программирования, особенно, для неподготовленных пользователей.

Разъёмы USB-1.1 и USB-2.0 бывают двух типов «А» и «В» (Рис. 4.14, a…r), Тип «А» обозначает принадлежность к ведущему устройству (компьютер, хаб), тип «В» — к ведомому устройству (MK, принтер, «мышь», модем). В самодельных конструкциях, как правило, используются разъёмы «Standard-А», «Standard-В».

Рис. 4.14. Внешний вид USB-разъёмов: а) «Standard» в компьютере; б) «Standard» в удалённом устройстве; в) miniUSB; г) microUSB.

Назначение контактов разъёмов USB-1.1, USB-2.0 показано в Табл. 4.5. Здесь учтено существование миниатюрных пятиконтактных (5-pin) разъёмов miniUSB и microUSB, применяемых, в частности, в мобильныхтелефонах.

Таблица 4.5. Раскладка сигналов интерфейса USB

Электрические параметры и функциональное назначение всех цепей одинаково вне зависимости от типа разъёма. Стандартная длина USB-кабелей: «А-А»—1.5; 3.0; 5.0 м, «А-В» — 0.5; 1.0; 1.8; 3.0; 5.0 м. Разъёмы выдерживают ток 1…1.5 А, ёмкость между контактами составляет 2 пФ, сопротивление контактов 30…50 мОм.

Цепь «VBus» согласно стандарту рассчитана на ток не более 100 мА. Программно его можно повысить до 500 мА, если аппаратная часть позволяет это сделать. На практике во многих материнских платах цепь «VBus» соединяется напрямую с блоком питания +5 В компьютера. Поэтому надо соблюдать осторожность, чтобы не случилось короткое замыкание на общий провод. В противном случае сработает защита и компьютер аварийно выключится, не сохранив информацию.

Различают режимы с низкой LS (Low Speed, до 1.5 Мбит/с) и полной FS (Fast Speed, до 12 Мбит/с) скоростью передачи данных. Каждый из режимов имеет свои схемотехнические и программные особенности (Рис. 4.15, a…y).

Рис. 4.15. Схемы подключения компьютера через интерфейс USB к MK (начало):

а) резистор R1 служит опознавательным знаком для компьютера, что удалённое устройство (в данном случае MK) работает в низкоскоростном LS-режиме. Элементы VD1, VD2, R2, R3 огричивают амплитуду сигналов от MK в компьютер до уровня +3.3…+3.6 В. Желательно применить стабилитроны VD1, VD2 с низкой ёмкостью, т.е. в стеклянном корпусе или SMD;

б) MK получает питание +5 В от компьютера через разъём XS1 и фильтр L1, C7, C2. Делитель R1, R2 эквивалентен опознавательному резистору R1, что на Рис. 4.15, а. Напряжение в средней точке делителя близко к +3.3 В, следовательно компьютер настраивается в режим с низкой скорости обмена данными LS. Резистор &2может отсутствовать, что проверяется экспериментально для каждой конкретной материнской платы компьютера;

в) особенность схемы — низковольтное питание MK. Конденсаторы С/, С2устраняют «звон» на фронтах сигналов. Резистор R2 не обязателен. Его ставят к питанию или к GND, чтобы вход MK «не висел в воздухе», если предусматривается работа при отключённом USB-кабеле;

г) аналогично Рис.4.15, б, но с одним опознавательным резистором R3, который подключается к цепи «VBus» компьютера. Питание MK может отличаться от стандартных +5 В;

д) аналогично Рис. 4.15, б, но с одним опознавательным резистором R3, который физически подключается к источнику питания +5 В при ВЫСОКОМ уровне на выходной линии MK. Достоинство — возможность программного отключения устройства от USB, для чего на выходе MK надо установить НИЗКИЙ уровень;

е) специализированный MK с встроенным интерфейсом USB-2.0, например, из серии PIC18Fxx5x. Конденсатор C1 шунтирует узел внутреннего ИОН по высокой частоте. Опознавательные резисторы находятся внутри MK. Скорость обмена LS или FS задаётся программно;

ж) специализированный MK имеет встроенный аппаратный интерфейс USB-2.0. Напряжение на выводе KREF узла ИОН составляет +3.3 В. Это позволяет подключить к нему опознавательный резистор R3, который расценивается компьютером как знак того, что удалённое устройство (в данном случае MK) готово работать в высокоскоростном FS-режиме. Дроссель L1 устраняет высокочастотные помехи, генерируемые от MK в линию «VBus» и излучаемые через провода соединительного кабеля. Конденсаторы С/, C2 сглаживают «звон» на фронтах сигналов;

з) защита информационных цепей интерфейса USB сборкой сапрессоров DA1 (фирма Texas Instruments), которые выдерживают импульсы тока 3…9 А;

и) два способа уменьшения ВЧ-излучений — введение дросселей L1, L2 и экранирование разъёма XS1. Рекомендуемые парамеры дросселей: постоянный ток не менее 0.5 А, сопротивление 220…600 Ом на частоте 100 МГц. Иногда ставят дроссели упрощённой конструкции, например, в виде провода, пропущенного через ферритовую трубку («Koralik»), или же наматывают несколько витков провода ПЭВ-0.2 на ферритовое кольцо подходящего диаметра;

Читать еще:  Кухонные шкафы регулировка петли на двери

к) MK получает питание от разъёма USB через стабилизатор DA1. Остальным узлам устройства доступны на выбор два напряжения: +3.3 В или +5 В, при этом суммарная нагрузка по току не должна превышать 0.1 А. Вместо DA1 можно поставить два последовательных диода 1 N4148;

л) защита входных цепей интерфейса XS1 самовосстанавливающимся предохранителем FU1 и поверхностно-монтируемыми варисторами RUl…RU3

м) предохранитель FU1 может быть обычным или Polyswitch. П-образный LC-фильтр на элементах L/, C1…C3снижает помехи по питанию от MK к компьютеру и от компьютера к MK;

Рис. 4.15. Схемы подключения компьютера через интерфейс USB к MK (продолжение):

н) фильтрация напряжения питания производится элементами C1…C4, R1 о) светодиод HL1 выполняет две функции. Во-первых, индицирует рабочее состояние MK, во-вторых, снижает его напряжение питания с +5 до +3.3 В;

п) «усилитель USB-тока». Разъём XI входной, X2 — выходной. Сначала MK проверяет наличие напряжения на делителе R1, &2вцепи «VBus» разъёма XI. Если оно имеется, то МК открывают транзистор VT1 и подаёт питание от мощного источника +5 В в цепь «VBus» разъёма X2 p) резистор R1 подключается к цепи «D+» при НИЗКОМ уровне на выходе MK, при этом начинает светиться индикатор HL1 (нормальная работа в LS-режиме). ВЫСОКИМ уровнем на выходе МК связь по USB прерывается, светодиод HL1 гаснет;

с) особенности — другой тип DA1 с другой цоколевкой выводов, светодиоды HL1, НЬ2цдя индикации приёма/передачи, местный (SB1) и удалённый (VT1) сброс MK;

т) конвертор USB-UART на микросхеме DA1 фирмы FTDI. Программно формируемый сигнал НИЗКОГО уровня на выводе RTS# удалённо сбрасывает MK через диод VD1;

у) конвертор USB-UART на микросхеме DA1 фирмы Silicon Laboratories. MK получает питание +3 В от внутреннего стабилизатора микросхемы DA1.

Источник: Рюмик, С. М., 1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 2 / С. М. Рюмик. — М.:ЛР Додэка-ХХ1, 2011. — 400 с.: ил. + CD. — (Серия «Программируемые системы»).

Руководство по распиновке и особенностям USB-C

USB Type-C – это спецификация системы USB разъемов, которая завоевывает популярность среди смартфонов и мобильных устройств и способна как доставлять питание, так и передавать данные.

В отличие от своих USB предшественников, он также является двухсторонним – поэтому вам не нужны три попытки, прежде чем подключить его.

Рисунок 1 – Разъем USB Type-C Рисунок 1 – Разъем USB Type-C

В данной вводной статье будут рассмотрены некоторые из наиболее важных функций стандарта USB-C. Прежде чем погрузиться в распиновку и объяснения каждого вывода, мы быстро рассмотрим, что такое USB-C и чем он лучше.

Что такое USB-C?

USB-C является относительно новым стандартом, целью которого является обеспечение высокоскоростной передачи данных со скоростью до 10 Гбит/с и способностью пропускать питание до 100 Вт. Эти функции могут сделать USB-C действительно универсальным стандартом подключения для современных устройств.

USB-C или USB Type-C?

Эти два термина обычно взаимозаменяемы (в этой статье мы будем использовать оба). Хотя USB-C используется чаще, USB Type-C, как указано на USB.org, является официальным названием стандарта.

Особенности USB-C

Интерфейс USB-C имеет три основные особенности:

  • Он имеет двухсторонний разъем. Интерфейс спроектирован таким образом, что вилка может быть перевернута относительно гнезда.
  • Он поддерживает стандарты USB 2.0, USB 3.0 и USB 3.1 Gen 2. Кроме того, он может поддерживать сторонние протоколы, такие как DisplayPort и HDMI в режиме работы, который называется альтернативным режимом.
  • Он позволяет устройствам согласовывать и выбирать соответствующий режим питания через интерфейс.

В следующих разделах мы увидим, как эти функции предоставляются стандартом USB Type-C.

Выводы разъемов вилки/гнезда USB Type-C

Разъем USB Type-C имеет 24 контакта. На рисунках 2 и 3 показаны выводы гнезда и вилки (разъема на кабеле) USB Type-C.

Рисунок 2 – Разъем гнезда USB Type-C Рисунок 2 – Разъем гнезда USB Type-C Рисунок 3 – Разъем вилки на кабеле USB Type-C Рисунок 3 – Разъем вилки на кабеле USB Type-C

Дифференциальные пары USB 2.0

Выводы D+ и D- являются дифференциальными парами, используемыми для подключения USB 2.0. В гнезде есть два контакта D+ и два контакта D-.

Однако контакты соединены друг с другом, и на самом деле для использования доступна только одна дифференциальная пара данных USB 2.0. Избыточность включена только для обеспечения двухсторонности разъема.

Выводы питания и земли

Контакты VBUS и GND являются путями питания и обратными путями для сигналов. Напряжение VBUS по умолчанию составляет 5 В, но стандарт позволяет устройствам согласовывать и выбирать напряжение VBUS, отличное от значения по умолчанию. Протокол USB Power Delivery допускает на VBUS напряжение до 20 В. Максимальный ток также может быть увеличен до 5 А. Следовательно, USB Type-C может пропускать максимальную мощность 100 Вт.

Передача высокой мощности может быть полезна при зарядке большого устройства, такого как ноутбук. На рисунке 4 показан пример от RICHTEK, где используется повышающий преобразователь для создания соответствующего напряжения, запрошенного ноутбуком.

Рисунок 4 – Пример организации питания через USB Type-C Рисунок 4 – Пример организации питания через USB Type-C

Обратите внимание, что технология подачи питания делает USB Type-C более универсальным, чем более старые стандарты, потому что делает уровень мощности адаптируемым к потребностям нагрузки. Вы можете заряжать как смартфон, так и ноутбук, используя один и тот же кабель.

Выводы RX и TX

Имеется две дифференциальные пары RX и две дифференциальных пары TX.

Одна из этих двух пар RX вместе с парой TX может использоваться для протокола USB 3.0 / USB 3.1. Поскольку разъем является двухсторонним, требуется мультиплексор для правильного перенаправления данных через кабель по используемым дифференциальным парам.

Обратите внимание, что порт USB Type-C может поддерживать стандарты USB 3.0/3.1, но минимальный набор функций USB Type-C не включает USB 3.0/3.1. В таких случаях пары RX/TX не используются соединением USB 3.0/3.1 и могут использоваться другими функциями USB Type-C, такими как альтернативный режим и протокол USB Power Delivery. Эти функциональные возможности могут использовать даже все доступные дифференциальные пары RX/TX.

Выводы CC1 и CC2

Эти выводы являются выводами конфигурирования канала (Channel Configuration). Они выполняют ряд функций, таких как обнаружение присоединения и извлечения кабеля, определение ориентации гнезда (розетки) и вилки (разъема на кабеле), оповещение о питании. Эти выводы могут также использоваться для связи, необходимой для подачи питания (Power Delivery) и альтернативного режима (Alternate Mode).

На рисунке 5 ниже показано, как выводы CC1 и CC2 раскрывают ориентацию гнезда/вилки. На этом рисунке DFP обозначает Downstream Facing Port (нисходящий выходной порт), который является портом, действующим либо в качестве хоста при передаче данных, либо в качестве источника питания. UFP обозначает Upstream Facing Port (восходящий выходной порт), который является устройством, подключенным к хосту, или потребителем питания.

Рисунок 5 – Определение ориентации гнезда и вилки USB Type-C с помощью выводов CC1 и CC2 Рисунок 5 – Определение ориентации гнезда и вилки USB Type-C с помощью выводов CC1 и CC2

DFP подтягивает выводы CC1 и CC2 к шине 5 В через резисторы Rp, но UFP подтягивает их к шине GND через резисторы Rd. Если кабель не подключен, источник видит высокий логический уровень на выводах CC1 и CC2. Подключение кабеля USB Type-C создает путь для протекания тока от источника 5 В до земли. Поскольку в кабеле USB Type-C имеется только один провод CC, формируется только один путь протекания тока. Например, в верхней части рисунка 5 вывод CC1 DFP подключен к выводу CC1 UFP. Следовательно, вывод CC1 DFP будет иметь напряжение ниже 5 В, но вывод CC2 DFP будет по-прежнему иметь высокий логический уровень. Поэтому, отслеживая напряжение на выводах DFP CC1 и CC2, мы можем определить подключение кабеля и его ориентацию.

В дополнение к ориентации кабеля путь Rp-Rd используется как способ передачи информации о возможностях источника тока. С этой целью потребитель энергии (UFP) контролирует напряжение на линии CC. Когда напряжение на линии CC имеет самое низкое значение (около 0,41 В), источник может обеспечить стандартное питание через USB, которое составляет 500 мА или 900 мА для USB 2.0 и USB 3.0 соответственно. Когда напряжение на линии CC составляет около 0,92 В, источник может выдавать ток 1,5 А. Максимальное напряжение на линии CC, которое составляет около 1,68 В, соответствует допустимому току источника 3 А.

Вывод VCONN

Как упоминалось ранее, USB Type-C призван обеспечить невероятно высокую скорость передачи данных наряду с высокими уровнями передаваемой мощности. Эти функции могут потребовать использования специальных кабелей с электронной маркировкой, использующих встроенную микросхему. Кроме того, некоторые активные кабели используют микросхему повторителя для усиления сигнала, компенсации потерь, вносимых кабелем, и так далее. В этих случаях мы можем питать электрическую схему внутри кабеля, подавая на вывод VCONN напряжение 5 В от источника мощностью 1 Вт. Пример этого показан на рисунке 6.

Читать еще:  Как отрегулировать радиаторы будерус

Рисунок 6 – Пример использования активного кабеля USB Type-C Рисунок 6 – Пример использования активного кабеля USB Type-C

Как вы видите, активный кабель использует резисторы Ra, чтобы подтянуть выводы CC2 к шине GND. Значение Ra отличается от Rd, поэтому DFP по-прежнему может определять ориентацию кабеля, проверяя напряжение на выводах CC1 и CC2 DFP. После определения ориентации кабеля вывод конфигурирования канала, соответствующий «микросхеме активного кабеля», будет подключен к источнику питания 5 В, 1 Вт для питания схемы внутри кабеля. Например, на рисунке 6 действительный путь Rp-Rd соответствует выводу CC1. Следовательно, вывод CC2 будет подключен к источнику питания, обозначенному VCONN.

Выводы SBU1 и SBU2

Эти два вывода соответствуют низкоскоростным сигнальным путям, которые используются только в альтернативном режиме.

Управление питанием USB Power Delivery

Теперь, когда мы знакомы с распиновкой стандарта USB-C, давайте кратко рассмотрим USB Power Delivery.

Как упоминалось ранее, устройства, использующие стандарт USB Type-C, могут согласовывать и выбирать соответствующий уровень передаваемой через интерфейс мощности. Эти согласования питания достигаются с помощью протокола под названием USB Power Delivery, который представляет собой однопроводную связь по линии CC, описанной выше. На рисунке 7 ниже показан пример использования USB Power Delivery, где приемник отправляет запросы источнику и подстраивает напряжение VBUS по мере необходимости. Сначала запрашивается шина 9 В. После того, как источник стабилизирует напряжение шины на уровне 9 В, он отправляет приемнику сообщение «источник питания готов». Затем приемник запрашивает шину 5 В, и источник предоставляет ее и снова отправляет сообщение «источник питания готов».

Рисунок 7 – Процесс согласования питания при подключении через USB Type-C с помощью протокола USB Power Delivery Рисунок 7 – Процесс согласования питания при подключении через USB Type-C с помощью протокола USB Power Delivery

Важно отметить, что «USB Power Delivery» – это не только переговоры, связанные с передачей энергии, но и другие переговоры, например, связанные с альтернативным режимом, также выполняются с использованием протокола USB Power Delivery на линии CC.

Альтернативные режимы

Этот режим работы позволяет нам, используя стандарт USB Type-C, реализовывать сторонние протоколы, такие как DisplayPort и HDMI. Все альтернативные режимы должны как минимум поддерживать соединение USB 2.0 и USB Power Delivery. Для получения дополнительной информации смотрите этот документ от TI.

Заключение

USB Type-C обладает интересными особенностями. Он поддерживает невероятно высокую скорость передачи данных до 10 Гбит/с и высокую передаваемую мощность до 100 Вт. Благодаря этому, а также двухстороннему разъему, USB Type-C может стать действительно универсальным стандартом для современных устройств.

Не работают usb порты. Программные методы решения.

USBТехнология USB является одной из самых важных из множества технологий, оказавших огромное влияние в компьютерном мире. USB (Universal Serial Bus — «универсальная последовательная шина») — последовательный интерфейс передачи данных для низкоскоростных и среднескоростных устройств компьютерной периферии

Данная технология сделала по-настоящему легкой и удобной работу с принтерами, сканерами и внешними устройствами хранения данных (внешние жесткие диски, флешки USB). Все действия с установкой USB устройств свелись к простому принципу «Подключи и работай». Действительно мобильными, устройства стали именно из-за технологии USB. Портами USB сегодня оснащены не только настольные ПК и ноутбуки, но и игровые устройства, смартфоны, фотоаппараты, навигаторы и многие другие устройства.

Порты USB версии 2.0 обеспечивают передачу данных на скорости до 480 Мбит/с, а версия USB 3.0 поднимает максимальную скорость передачи до 5,0 Гбит/с. Символом USB является своеобразный трезубец, нарисованный как на USB устройствах, так и на разъемах компьютера.

Технология USB уже достаточно серьезно изучена и претерпела много усовершенствований, поэтому USB порты при правильном их использовании редко вызывают какие-либо проблемы, а устранение связанных с ними неполадок вызывает не так много хлопот. В этой статье будут изложены основные принципы устранения неполадок с портами USB.

Но прежде чем начать, стоит описать основные рекомендации при работе с USB портами и устройствами, подключаемых к ним:

— никогда не подключайте устройства с видимыми механическими повреждениями USB разъемов, а также устройства с внешними повреждениями корпуса или с явным запахом гари.

— если на материнской плате USB порты имеют механические повреждения, то лучше их отключить от материнской платы (разъемы в передней части корпуса) либо заклеить цветным скотчем, чтобы предотвратить их использование. При удобном случае такие порты лучше заменить в мастерской на новые.

— старайтесь не перегружать USB порты. Сила тока у них строго ограничена: 500 мА для USB 2.0 и 900 мА для версии 3.0. Не стремитесь к увеличению количества USB портов с помощью различных USB множителей. Современные материнские платы уже имеют до 10 портов, что вполне достаточно для домашнего использования. Всегда надежнее купить дополнительный PCI или PCIe контроллер USB, чем работать через «тройник» USB.

— перед подключением рекомендуется прикоснуться к заземленному корпусу системного блока для снятия статических напряжений. Именно статические разряды являются основной причиной аппаратного отказа в работе USB устройств.

Если на ноутбуке престают работать USB порты, то работа на нем становиться очень сложной – не подключить ни принтер, ни сканер, ни флешку. И в отличие от стационарного компьютера, установка дополнительного USB контроллера весьма дорогое удовольствие.

Во многих случаях, при появлении сообщения об ошибке «USB устройство не опознано» проблема может быть именно в USB порту. Эта проблема обычно решается довольно легко, так как она возникает в основном на программном уровне.

Что делать если не работают USB порты?

Любое аппаратное устройство взаимодействует с установленной операционной системой через специальную программу — драйвер. Многие проблемы с устройствами решаются именно с помощью драйверов. То же самое и в случае с неработающими портами USB. Ниже приведены несколько способов, которые помогут вам устранить неисправность USB портов на программном уровне.

Просто перезагрузите компьютер

Если USB порты перестали вдруг работать, а USB устройства не определяются, то самым простым способом устранения этой внезапной проблемы будет перезагрузка компьютера. Просто перезагрузите компьютер. Если не было каких-либо проблем при загрузке драйверов, то эта неисправность устранится после перезагрузки.

Обновление конфигурации оборудования в Диспетчере устройств

Если перезагрузка компьютера в данный момент не желательна (например, из-за выполнения какой-нибудь важной операции), то «перезагрузить» драйвера можно без перезагрузки всего компьютера через Диспетчер устройств. Для его запуска на ярлыке «Мой компьютер» нажмите правой кнопкой мыши и выберите пункт меню «Управление». Либо в меню «Пуск» найдите программу «Выполнить» и после её запуска введите команду devmgmt.msc.

В открывшемся окне щелкните левой кнопкой мыши один раз на список устройств и далее нажмите в главном меню закладку «Действие«, затем укажите на «Обновить конфигурацию оборудования». Посмотрите, появился ли в списке устройств раздел «Контроллеры USB». Если да, то ваша проблема решена, USB порты должны работать.

Отключение контроллера USB

Другой способ заставить работать порты USB — отключить, а затем переустановить контроллер USB. Для этого необходимо запустить опять же Диспетчер устройств. В списке оборудования, который вы увидите в открывшемся окне, найдите раздел USB контроллеров. На каждом из устройств в этом разделе щелкните правой кнопкой мыши и удалите их все. После того как вы удалите все контроллеры, просто перезагрузите компьютер. Контроллеры, будут переустановлены, и USB порты снова станут доступными. Это может решить вашу проблему.

Обновление драйверов USB-контроллеров

Еще одна причина того, что USB порты не работают – это повреждение драйверов USB контроллера. Единственный выход — найти правильные драйвера и переустановить их. Чтобы загрузить соответствующий драйвер, необходимо узнать производителя порта USB устройств (через его код экземпляра устройств). Установка правильного драйвера должна решить эту проблему в одно мгновение.

Отключение других USB устройств

Иногда USB порты не работают из-за их перегрузки, когда подключено слишком много USB устройств. USB-концентраторы иногда не обеспечивают достаточного энергопитания для подключенных к нему устройств. Подключенное устройство может потреблять всю разрешенную мощность USB контроллеров компьютера. Если оборудование подключено к USB-концентратору, то просто подключите устройство напрямую к USB-порту на компьютере.

Также можно оставить подключенным устройство к USB-концентратору, но сначала отключить другие устройства в концентраторе. На будущее, приобретите USB-концентратор с собственным источником питания, который будет обеспечивать достаточным электропитанием все устройства, подключенные к нему.

Если ни один из вышеуказанных методов не помог, то вполне вероятно, что порты USB были физически повреждены. Либо поврежден контроллер USB, в частности южный мост материнской платы. В таком случае, лучшее, что вы можете — это заменить или отремонтировать контроллер USB портов в сервисном центре.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector