USB는 컴퓨터에서 어떤 전류를 생성합니까? USB 출력의 전압은 얼마입니까? 컴퓨터의 USB 출력은 몇 볼트를 생성합니까?

USB (범용 직렬 버스- "범용 직렬 버스") - 중속 및 저속 주변 장치용 직렬 데이터 전송 인터페이스입니다.연결에는 4선 케이블이 사용되며, 2선은 데이터 수신 및 전송에 사용되고 2선은 주변 장치에 전원을 공급합니다. 내장된 전원선 덕분에 USB를 사용하면 자체 전원 공급 장치 없이 주변 장치를 연결할 수 있습니다.

기본 정보

USB 케이블 4개의 구리 도체(연선 쌍으로 된 2개의 전원 도체, 2개의 데이터 도체, 접지된 브레이드(스크린))로 구성됩니다.

USB 케이블"장치에 대한" 팁과 "호스트에 대한" 팁이 물리적으로 다릅니다. 하우징에 "호스트 연결" 팁이 내장되어 있어 케이블 없이 USB 장치를 구현할 수 있습니다. 케이블을 장치에 영구적으로 통합하는 것도 가능합니다.(예: USB 키보드, 웹 카메라, USB 마우스), 표준에서는 전속 및 고속 장치에 대해 이를 금지하고 있습니다.

USB 버스즉, "주 장치"(호스트, USB 컨트롤러라고도 하며 일반적으로 마더보드의 사우스 브리지 칩에 내장됨) 및 "주변 장치"라는 개념을 갖습니다.

장치는 버스에서 +5V 전원을 받을 수 있지만 외부 전원 공급 장치가 필요할 수도 있습니다. 버스 명령에 따라 장치 및 스플리터에 대한 대기 모드도 지원되어 대기 전원을 유지하면서 주 전원을 제거하고 버스 명령에 따라 켜집니다.

USB 지원장치의 핫 플러깅 및 분리. 이는 신호에 비해 접지 접점 도체의 길이가 증가하기 때문에 가능합니다. 연결되었을 때 USB 커넥터가장 먼저 문을 닫았어 접지 접점, 두 장치 하우징의 전위가 동일해지고 신호 도체를 추가로 연결해도 장치가 3상 전력 네트워크의 서로 다른 위상에서 전원을 공급받는 경우에도 과전압이 발생하지 않습니다.

논리적 수준에서 USB 장치는 데이터 전송 및 수신 트랜잭션을 지원합니다. 각 거래의 각 패킷에는 숫자가 포함됩니다. 끝점장치에서. 장치가 연결되면 OS 커널의 드라이버는 장치에서 엔드포인트 목록을 읽고 제어 데이터 구조를 생성하여 장치의 각 엔드포인트와 통신합니다. OS 커널의 엔드포인트 및 데이터 구조 모음을 호출합니다. 파이프.

엔드포인트, 따라서 채널은 4가지 클래스 중 하나에 속합니다.

1) 흐름(대량),

2) 관리자(통제),

3) 등시성 (isoch),

4) 중단.

마우스와 같은 저속 장치는 사용할 수 없습니다. 등시성 및 흐름 채널.

제어 채널짧은 질문-답변 패킷을 장치와 교환하도록 설계되었습니다. 모든 장치에는 제어 채널 0이 있으며 이를 통해 OS 소프트웨어는 드라이버를 선택하는 데 사용되는 제조업체 및 모델 코드와 기타 엔드포인트 목록을 포함하여 장치에 대한 간략한 정보를 읽을 수 있습니다.

인터럽트 채널응답/확인을 받지 않고 짧은 패킷을 양방향으로 전달할 수 있지만 전달 시간은 보장됩니다. 패킷은 N 밀리초 이내에 전달됩니다. 예를 들어 입력 장치(키보드, 마우스 또는 조이스틱)에 사용됩니다.

등시성 채널전달 보장 및 응답/확인 없이 패킷을 전달할 수 있지만 버스 기간당 N 패킷의 전달 속도가 보장됩니다(저속 및 최고 속도의 경우 1KHz, 고속의 경우 8KHz). 오디오 및 비디오 정보를 전송하는 데 사용됩니다.

흐름 채널각 패킷의 전달을 보장하고 장치 거부(버퍼 오버플로 또는 언더런)로 인한 데이터 전송 자동 중단을 지원하지만 전달 속도와 지연을 보장하지는 않습니다. 예를 들어 프린터 및 스캐너에 사용됩니다.

버스 시간기간이 시작되면 컨트롤러는 "기간 시작" 패킷을 전체 버스에 전송합니다. 그런 다음 해당 기간 동안 인터럽트 패킷이 전송되고, 해당 기간의 남은 시간 동안 필요한 수량의 등시성 패킷이 전송되고, 마지막으로 스트림 패킷이 전송됩니다.

버스의 활성 측면항상 컨트롤러인 경우, 장치에서 컨트롤러로의 데이터 패킷 전송은 컨트롤러의 짧은 질문과 데이터가 포함된 장치의 긴 응답으로 구현됩니다. 각 버스 기간에 대한 패킷 이동 일정은 컨트롤러 하드웨어와 드라이버 소프트웨어에 의해 공동으로 생성되며 이를 위해 많은 컨트롤러가 사용됩니다. 직접 메모리 액세스 DMA (직접 메모리 액세스) - 참여 없이 장치 간 또는 장치와 주 메모리 간 데이터 교환 모드 중앙 프로세서(CPU). 결과적으로, 데이터가 CPU로 왔다 갔다 하지 않기 때문에 전송 속도가 빨라집니다.

엔드포인트의 패킷 크기는 장치의 엔드포인트 테이블에 내장된 상수이며 변경할 수 없습니다. USB 표준에서 지원하는 것 중에서 장치 개발자가 선택합니다.

명세서

USB 기능:

높은 전송 속도(전속 신호 비트 전송률) - 12Mb/s
- 고속 전송을 위한 최대 케이블 길이 - 5m
- 저속 신호 비트 전송률 - 1.5Mb/s
- 낮은 전송 속도를 위한 최대 케이블 길이 - 3m
- 최대 연결 장치(승수 포함) - 127
- 전송 속도가 다른 장치를 연결하는 것이 가능합니다.
- 사용자가 SCSI 터미네이터 등 추가 요소를 설치할 필요가 없습니다.
- 주변 장치용 공급 전압 - 5V
- 장치당 최대 전류 소비 - 500mA

USB 1.1 및 2.0 커넥터 배선

USB 신호는 차폐된 4선 케이블의 2선을 통해 전송됩니다.

여기 :

접지- 주변 장치에 전원을 공급하기 위한 "케이스" 회로
V 버스- 전원 공급 회로에도 +5V
타이어 D+데이터 전송을 위해 설계

타이어 디-데이터를 수신합니다.

USB 2.0의 단점

USB 2.0의 최대 데이터 전송 속도는 480Mbps(60MB/s)이지만 실제 생활에서 이러한 속도(실제로는 ~33.5MB/s)를 달성하는 것은 비현실적입니다. 이는 데이터 전송 요청과 실제 전송 시작 ​​사이에 USB 버스에서 큰 지연이 발생하기 때문입니다. 예를 들어, FireWire는 USB 2.0보다 80Mbps(10MB/s) 적은 400Mbps의 더 낮은 최대 처리량을 갖고 있지만 실제로는 하드 드라이브 및 기타 저장 장치로의 데이터 전송 처리량이 더 높습니다. 이와 관련하여 다양한 모바일 드라이브는 USB 2.0의 부족한 실제 대역폭으로 인해 오랫동안 제한을 받아왔습니다.

많은 소스를 읽은 후 어디에서나 동일한 정보를 발견했습니다. USB 2.0 포트는 500mA 이하, 2.5W 이하의 전력을 공급할 수 있습니다. 그러나 이에 대해 의문을 제기하는 부분도 있습니다.

우선, 유용한 것들에 대해. 장치 관리자에서 "USB 루트 허브" 속성을 선택하면(러시아어인지 기억이 나지 않습니다. 모든 장치를 살펴보십시오.) 두 번째 탭인 "전원"에는 연결된 장치에 대한 정보가 표시됩니다(밀리암페어 수). 필요합니다. 값은 연결된 장치의 충전에서 가져오며 실제 전류 소비는 아닙니다.
- 일부 플래시 드라이브에는 500mA(Kingston, Transcend)가 필요하고 일부 플래시 드라이브에는 200mA(Toshiba)가 필요합니다. 또한 Toshiba 플래시 드라이브는 표준에 따라 제작되지 않은 케이블을 포함한 모든 1.8미터 USB 연장 케이블에서 작동한다는 것이 실험적으로 입증되었습니다. 장치 소비량이 적을수록 USB 연장 케이블이나 케이스의 품질이 낮은 전면 커넥터로 돈을 벌 수 있는 기회가 더 많아지는 것으로 나타났습니다.
- 그리고 실제로: 100mA를 소비하는 광 마우스는 3미터 USB 연장 케이블에서 문제 없이 작동합니다(그리고 거기에 있는 모든 플래시 드라이브는 이미 "작별"입니다).
- 프린터로 연결되는 USB A-B 케이블에는 권장 값인 98mA가 반영되었습니다.
- USB-HDD "Silicon Power" 320GB는 2mA의 값을 나타냈습니다(하나의 USB 포트에 연결되어 성공적으로 작동함). 그 이유는 OS에서 밀리암페어 값으로 1바이트만 할당되고 이 카운터의 최대값은 255입니다. 각 카운터 값은 2mA와 같습니다. 이는 USB-HDD가 가능한 최대 수를 초과했으며 카운터가 0 +1(숫자 514mA 또는 1026mA에 해당)로 재설정되었음을 의미합니다. 하지만 이는 표준에 명시된 500mA보다 높은 수치입니다!

이는 USB 포트의 I max = 500mA라는 사실에 대한 첫 번째 의심이었습니다.
둘째: 하나의 허브가 여러 개의 USB 포트를 동시에 제공하며 포트당 최대값은 500mA라고 기록되어 있습니다. 이는 내 경우 허브가 2.5A를 전달할 수 있음을 의미합니다(5개의 포트를 담당하므로). 총 2.5A를 전달할 수 있다면, 예를 들어 한 포트에 2.5A를 발행하고 다른 포트 4를 차단하는 것을 어떻게 막을 수 있습니까?
셋째: 분해된 USB-HDD의 전원 공급 데이터는 5V/0.85A입니다. 이것은 이미 0.5mA를 초과했습니다. 또한 HDD(반응 부하)를 시작하려면 HDD에 표시된 것보다 훨씬 더 많은 전류가 필요하다는 것이 실험적으로 밝혀졌습니다.
넷째: USB 케이블을 통해 라우터에 전원을 공급했는데 그때에도 1200mA의 값을 어느 정도 알고 있었습니다. 여기에 패러다임의 투쟁이 있습니다. 저기서 듣고, 여기서 보고, 저기서 말하고, 여기에 쓰입니다...

실험을 위한 모든 전제 조건은 이 HDD의 실제 전류 강도를 얻기 위한 것입니다. 한 달 동안 20,000 루블의 고정밀 전류계를 사용하여 USB A-miniB 케이블에 충돌하여 판독치를 가져옵니다. 눈으로든 원격 측정으로든 무슨 일이 일어나든 말이죠.

(2015년 4월 7일에 추가됨): USB 커넥터를 사용한 실험은 성공적이었고 내 추측이 확인되었습니다. 다음 장비가 사용되었습니다.
- 멀티미터 DT838(여기에 "고정밀" 제품이 있습니다...)
- 활성 부하: 외장 HDD Samsung Momentus ST320LM001, USB 커피 히터 Orient W1002B;
- 수동 부하: 저항기 4개 C5-16V-8W 1Ohm ±1%;
- USB 플러그;
- EliteGroup G31T-M7 및 Gigabyte C51-MCP51 마더보드.

능동 부하를 개별적으로 병렬로 연결하는 과정에서 다음과 같은 사실이 알려졌습니다.
- HDD의 최대 전류(0.85A)는 매우 정확합니다. 이는 디스크를 회전할 때와 Windows를 로드한 후 초기화하는 동안(몇 초 단위) 얻은 것입니다. 유휴 모드 전류: 0.28-0.35A, 28MB/s 속도의 전송 모드: 0.56-0.63A;
- 히터는 시동 중을 포함하여 일정한 0.6A를 소비합니다. 반응 부하가 없습니다. 출력이 3W에 불과한 커피 워머는 심각한 가정용품으로 간주될 수 없습니다.
- 부하를 병렬로 연결했을 때 1.19A의 값을 얻을 수 있었습니다. 이 값은 USB 2.0 표준에 명시된 값의 2.38배를 초과합니다.

그런 다음 질문이 생겼습니다. 올바른 한도는 무엇입니까? 경험이 부족한 기술자가 납땜 문제를 맡겼을 때 단락이 발생했지만 장비가 손상되지 않았고 단락이 헛되지 않았습니다. 전류계는 이를 통해 3.3A의 일정한 통과를 기록했습니다. 마더보드(예: 컨트롤러)에 있는 일종의 암페어 제한기입니다. 또한 PC가 꺼진 상태에서도 제한이 작동했습니다.

능동 부하의 손상을 방지하기 위해 모든 에너지를 자체 가열인 저항으로 전달하는 수동 부하를 선호하여 이를 포기하기로 결정했습니다. 이상하게도 고전력 및 저저항 저항기는 공급이 부족했고 4개만 발견되었습니다. 또한 25~30년이 지났으며 이 유형의 유효 기간은 15년입니다. 실험을 마친 후 그 중 하나의 저항이 +50% 증가하여 1.5옴으로 나타났을 때 정말 놀랐습니다. 그러면 실험의 모든 "오류"가 분명해졌습니다.

먼저 1.45A가 얻어졌으며 몇 분 동안 저항기를 성공적으로 가열했습니다. 또한, 저항을 낮추어 3.05A의 전류값을 달성했습니다. 그리고 이 값에서 자동화(마더보드 또는 Windows?)가 USB 커넥터의 연결을 끊었지만 특이한 방식으로 현재 값을 0이 아닌 0.4A로 줄였습니다.

따라서 USB 커넥터의 전류 제한은 다음 범위에 있습니다. )