USB ผลิตกระแสไฟใดบนคอมพิวเตอร์ แรงดันไฟที่เอาต์พุต usb เป็นเท่าใด เอาต์พุต USB ของคอมพิวเตอร์ผลิตได้กี่โวลต์?

ยูเอสบี (ยูนิเวอร์แซลอนุกรมบัส- “บัสอนุกรมสากล”) - อินเทอร์เฟซการถ่ายโอนข้อมูลแบบอนุกรมสำหรับอุปกรณ์ต่อพ่วงความเร็วปานกลางและความเร็วต่ำสายเคเบิล 4 เส้นใช้สำหรับเชื่อมต่อ โดยมีสายไฟสองเส้นสำหรับรับและส่งข้อมูล และสายไฟ 2 เส้นสำหรับจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ต่อพ่วง ด้วยสายไฟในตัว USB ช่วยให้คุณเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่อพ่วงโดยไม่ต้องใช้แหล่งจ่ายไฟในตัว

ข้อมูลพื้นฐาน

สายยูเอสบีประกอบด้วยตัวนำทองแดง 4 ตัว - ตัวนำไฟฟ้า 2 ตัวและตัวนำข้อมูล 2 ตัวในสายคู่บิดและสายดินถัก (หน้าจอ)

สาย USBมีคำแนะนำที่แตกต่างกันทางกายภาพ "ไปยังอุปกรณ์" และ "ไปยังโฮสต์" คุณสามารถใช้อุปกรณ์ USB โดยไม่ต้องใช้สายเคเบิล โดยมีปลาย "to-host" อยู่ในตัวเครื่อง นอกจากนี้ยังสามารถรวมสายเคเบิลเข้ากับอุปกรณ์อย่างถาวรได้อีกด้วย(เช่น แป้นพิมพ์ USB, กล้องเว็บ, เมาส์ USB)แม้ว่ามาตรฐานจะห้ามไม่ให้ทำเช่นนี้กับอุปกรณ์ความเร็วเต็มและสูง

บัสยูเอสบีมุ่งเน้นอย่างเคร่งครัด นั่นคือ มีแนวคิดของ "อุปกรณ์หลัก" (โฮสต์หรือที่เรียกว่าตัวควบคุม USB ซึ่งโดยปกติจะติดตั้งอยู่ในชิปบริดจ์ใต้บนเมนบอร์ด) และ "อุปกรณ์ต่อพ่วง"

อุปกรณ์สามารถรับพลังงาน +5 V จากบัสได้ แต่อาจต้องใช้แหล่งจ่ายไฟภายนอกด้วย โหมดสแตนด์บายยังรองรับอุปกรณ์และตัวแยกสัญญาณตามคำสั่งจากบัส โดยจะถอดแหล่งจ่ายไฟหลักออกในขณะที่ยังคงพลังงานสแตนด์บายไว้ และเปิดเครื่องตามคำสั่งจากบัส

รองรับยูเอสบีการเสียบและถอดปลั๊กอุปกรณ์แบบร้อน- สิ่งนี้เป็นไปได้เนื่องจากการเพิ่มความยาวของตัวนำหน้าสัมผัสกราวด์ที่สัมพันธ์กับสัญญาณ เมื่อเชื่อมต่อแล้ว ขั้วต่อ USBเป็นคนแรกที่จะปิด หน้าสัมผัสสายดินศักยภาพของตัวเรือนของอุปกรณ์ทั้งสองจะเท่ากัน และการเชื่อมต่อตัวนำสัญญาณเพิ่มเติมจะไม่ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเกิน แม้ว่าอุปกรณ์จะได้รับพลังงานจากเฟสที่แตกต่างกันของเครือข่ายไฟฟ้าสามเฟสก็ตาม

ในระดับลอจิคัล อุปกรณ์ USB รองรับการถ่ายโอนข้อมูลและธุรกรรมการรับ แต่ละแพ็กเก็ตของแต่ละธุรกรรมจะมีตัวเลข จุดสิ้นสุดบนอุปกรณ์ เมื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์ ไดรเวอร์ในเคอร์เนล OS จะอ่านรายการตำแหน่งข้อมูลจากอุปกรณ์ และสร้างโครงสร้างข้อมูลควบคุมเพื่อสื่อสารกับตำแหน่งข้อมูลแต่ละจุดบนอุปกรณ์ เรียกว่าการรวบรวมจุดสิ้นสุดและโครงสร้างข้อมูลในเคอร์เนลระบบปฏิบัติการ ท่อ.

จุดสิ้นสุดดังนั้น ช่องสัญญาณจึงอยู่ในหนึ่งใน 4 คลาส:

1) การไหล (จำนวนมาก)

2) ผู้จัดการ (ควบคุม)

3) แบบ isochronous (isoch)

4) การหยุดชะงัก

อุปกรณ์ความเร็วต่ำเช่นเมาส์ไม่สามารถมีได้ ช่องทาง isochronous และการไหล.

ช่องควบคุมออกแบบมาเพื่อแลกเปลี่ยนแพ็คเก็ตคำถาม-คำตอบสั้น ๆ กับอุปกรณ์ อุปกรณ์ใดๆ ก็ตามมีช่องสัญญาณควบคุม 0 ซึ่งช่วยให้ซอฟต์แวร์ระบบปฏิบัติการสามารถอ่านข้อมูลโดยย่อเกี่ยวกับอุปกรณ์ รวมถึงรหัสผู้ผลิตและรุ่นที่ใช้ในการเลือกไดรเวอร์ และรายการอุปกรณ์ปลายทางอื่นๆ

รบกวนช่องช่วยให้คุณสามารถส่งแพ็กเก็ตแบบสั้นได้ทั้งสองทิศทาง โดยไม่ได้รับการตอบกลับ/การยืนยัน แต่มีการรับประกันเวลาในการจัดส่ง - แพ็กเก็ตจะถูกจัดส่งไม่เกินในหน่วย N มิลลิวินาที ตัวอย่างเช่น ใช้ในอุปกรณ์อินพุต (คีย์บอร์ด เมาส์ หรือจอยสติ๊ก)

ช่องทางที่ไม่ต่อเนื่องช่วยให้คุณสามารถส่งแพ็กเก็ตโดยไม่มีการรับประกันการจัดส่งและไม่มีการตอบกลับ/การยืนยัน แต่มีการรับประกันความเร็วในการส่งแพ็กเก็ต N ต่อช่วงบัส (1 KHz สำหรับความเร็วต่ำและเต็ม 8 KHz สำหรับความเร็วสูง) ใช้ในการส่งข้อมูลเสียงและวิดีโอ

ช่องทางไหลให้การรับประกันการส่งมอบแต่ละแพ็กเก็ต รองรับการระงับการส่งข้อมูลโดยอัตโนมัติเนื่องจากอุปกรณ์ไม่เต็มใจ (บัฟเฟอร์ล้นหรือน้อยเกินไป) แต่ไม่รับประกันความเร็วและความล่าช้าในการส่ง ใช้ในเครื่องพิมพ์และเครื่องสแกน เป็นต้น

เวลารถบัสแบ่งออกเป็นคาบ เมื่อเริ่มต้นคาบ ตัวควบคุมจะส่งแพ็กเก็ต "เริ่มต้นคาบ" ไปยังบัสทั้งหมด จากนั้น ในระหว่างช่วงเวลานั้น แพ็กเก็ตขัดจังหวะจะถูกส่ง จากนั้นแพ็กเก็ตแบบ isochronous ในปริมาณที่ต้องการ สำหรับเวลาที่เหลืออยู่ในช่วงเวลานั้น แพ็กเก็ตควบคุมจะถูกส่ง และสุดท้ายคือแพ็กเก็ตสตรีม

ด้านที่ใช้งานอยู่ของรถบัสจะเป็นตัวควบคุมเสมอ การถ่ายโอนแพ็กเก็ตข้อมูลจากอุปกรณ์ไปยังตัวควบคุมจะถูกนำไปใช้เป็นคำถามสั้น ๆ จากตัวควบคุมและการตอบสนองที่ยาวนานจากอุปกรณ์ที่มีข้อมูล ตารางการเคลื่อนย้ายแพ็กเก็ตสำหรับแต่ละช่วงเวลาบัสถูกสร้างขึ้นร่วมกันโดยฮาร์ดแวร์คอนโทรลเลอร์และซอฟต์แวร์ไดรเวอร์ สำหรับสิ่งนี้ คอนโทรลเลอร์จำนวนมากใช้ การเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง DMA (การเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง) - โหมดการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างอุปกรณ์หรือระหว่างอุปกรณ์กับหน่วยความจำหลักโดยไม่ต้องมีส่วนร่วม โปรเซสเซอร์กลาง(ซีพียู) ส่งผลให้ความเร็วในการถ่ายโอนเพิ่มขึ้นเนื่องจากข้อมูลไม่ได้ถูกส่งกลับไปกลับมาที่ CPU

ขนาดแพ็คเก็ตสำหรับตำแหน่งข้อมูลเป็นค่าคงที่ที่มีอยู่ในตารางตำแหน่งข้อมูลของอุปกรณ์และไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ มันถูกเลือกโดยนักพัฒนาอุปกรณ์จากอุปกรณ์ที่รองรับมาตรฐาน USB

ข้อมูลจำเพาะ

ความสามารถของยูเอสบี:

ความเร็วการถ่ายโอนสูง (อัตราบิตการส่งสัญญาณความเร็วเต็ม) - 12 Mb/s
- ความยาวสายเคเบิลสูงสุดสำหรับความเร็วในการถ่ายโอนสูง - 5 ม
- อัตราบิตการส่งสัญญาณความเร็วต่ำ - 1.5 Mb/s
- ความยาวสายเคเบิลสูงสุดสำหรับอัตราการรับส่งข้อมูลต่ำ - 3 ม
- อุปกรณ์เชื่อมต่อสูงสุด (รวมตัวคูณ) - 127
- สามารถเชื่อมต่ออุปกรณ์ที่มีอัตรารับส่งข้อมูลที่แตกต่างกันได้
- ผู้ใช้ไม่จำเป็นต้องติดตั้งองค์ประกอบเพิ่มเติม เช่น เทอร์มินัล SCSI
- จ่ายแรงดันไฟฟ้าสำหรับอุปกรณ์ต่อพ่วง - 5 V
- การใช้กระแสไฟสูงสุดต่ออุปกรณ์ - 500 mA

สายไฟขั้วต่อ USB 1.1 และ 2.0

สัญญาณ USB จะถูกส่งผ่านสายสองเส้นของสายเคเบิลสี่สายที่มีฉนวนหุ้ม

ที่นี่ :

จีเอ็นดี- วงจร "เคส" สำหรับจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ต่อพ่วง
วี บัส- +5V สำหรับวงจรจ่ายไฟด้วย
ยาง ดี+ออกแบบมาเพื่อการรับส่งข้อมูล

ยาง ด-เพื่อรับข้อมูล

ข้อเสียของ USB 2.0

แม้ว่าอัตราการถ่ายโอนข้อมูลสูงสุดของ USB 2.0 คือ 480 Mbps (60 MB/s) แต่ในชีวิตจริง การบรรลุความเร็วดังกล่าวนั้นไม่สมจริง (~33.5 MB/s ในทางปฏิบัติ) นี่เป็นเพราะความล่าช้าอย่างมากบนบัส USB ระหว่างคำขอถ่ายโอนข้อมูลและการเริ่มต้นการถ่ายโอนจริง ตัวอย่างเช่น FireWire แม้ว่าจะมีความเร็วสูงสุดที่ต่ำกว่าที่ 400 Mbps ซึ่งน้อยกว่า USB 2.0 ถึง 80 Mbps (10 MB/s) แต่จริงๆ แล้วช่วยให้สามารถรับส่งข้อมูลไปยังฮาร์ดไดรฟ์และอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลอื่นๆ ได้มากขึ้น ในเรื่องนี้ ไดรฟ์เคลื่อนที่ต่างๆ ถูกจำกัดมานานแล้วด้วยแบนด์วิธที่ใช้งานได้จริงของ USB 2.0 ที่ไม่เพียงพอ

หลังจากอ่านแหล่งข้อมูลหลายแห่ง ฉันพบข้อมูลเดียวกันทุกที่: พอร์ต USB 2.0 สามารถจ่ายกระแสไฟได้ไม่เกิน 500mA โดยให้กำลังไฟไม่เกิน 2.5W อย่างไรก็ตาม มีบางสิ่งที่ทำให้เกิดข้อสงสัยในเรื่องนี้

ก่อนอื่นเกี่ยวกับสิ่งที่มีประโยชน์ หากคุณเลือกคุณสมบัติ "USB Root Hub" ในตัวจัดการอุปกรณ์ (ฉันจำไม่ได้ว่าเป็นภาษารัสเซียเป็นอย่างไรดูอุปกรณ์ทั้งหมด) แท็บที่สอง "พลังงาน" จะแสดงข้อมูลเกี่ยวกับอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ: กี่มิลลิแอมป์ มันต้องการ. ค่านี้นำมาจากการเติมอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ ซึ่งไม่ใช่ปริมาณการใช้กระแสไฟจริง:
- แฟลชไดรฟ์บางตัวต้องใช้กระแสไฟ 500mA (Kingston, Transcend) และบางตัวต้องใช้กระแสไฟ 200mA (Toshiba) นอกจากนี้ ยังได้รับการพิสูจน์จากการทดลองแล้วว่าแฟลชไดรฟ์ของโตชิบาใช้งานได้กับสายต่อ USB ยาว 1.8 เมตร แม้ว่าจะไม่ได้ผลิตตามมาตรฐานก็ตาม ปรากฎว่ายิ่งใช้อุปกรณ์น้อยลงเท่าใดก็ยิ่งมีโอกาสสร้างรายได้จากสายต่อ USB หรือขั้วต่อด้านหน้าคุณภาพต่ำของเคสมากขึ้นเท่านั้น
- และแน่นอน: ออปติคัลเมาส์ที่กินไฟ 100mA ทำงานโดยไม่มีปัญหากับสายต่อ USB ยาว 3 เมตร (และแฟลชไดรฟ์ทั้งหมดที่มีอยู่นั้น "ลาก่อน" อยู่แล้ว)
- สาย USB A-B ที่ต่อเข้ากับเครื่องพิมพ์สะท้อนค่าที่แนะนำคือ 98mA
- USB-HDD "Silicon Power" 320GB แสดงค่า 2mA (เชื่อมต่อกับพอร์ต USB หนึ่งพอร์ตและทำงานได้สำเร็จ) พบเหตุผล: มีการจัดสรรเพียง 1 ไบต์สำหรับค่ามิลลิแอมป์ในระบบปฏิบัติการและค่าสูงสุดของตัวนับนี้คือ 255 ค่าตัวนับแต่ละตัวจะเท่ากับ 2mA ซึ่งหมายความว่า USB-HDD เกินจำนวนสูงสุดที่เป็นไปได้ และตัวนับได้รีเซ็ตเป็นศูนย์ +1 (ตรงกับหมายเลข 514mA หรือ 1026mA) แต่นี่มันมากกว่า 500mA ที่ระบุไว้ในมาตรฐาน!

นี่เป็นข้อสงสัยแรกเกี่ยวกับความจริงของ I max = 500mA สำหรับพอร์ต USB
ประการที่สอง: ฮับหนึ่งตัวให้บริการพอร์ต USB หลายพอร์ตพร้อมกัน และเขียนไว้ว่าสูงสุดคือ 500mA ต่อพอร์ต ในกรณีของฉัน หมายความว่าฮับสามารถจ่ายกระแสไฟได้ 2.5A (เนื่องจากมีหน้าที่รับผิดชอบพอร์ต 5 พอร์ต) หากสามารถจ่ายกระแสไฟได้ทั้งหมด 2.5A สิ่งที่ควรหยุดไม่ให้จ่ายไฟ เช่น 2.5A ไปยังพอร์ตหนึ่ง และบล็อกอีก 4 พอร์ต
ประการที่สาม: ข้อมูลแหล่งจ่ายไฟของ USB-HDD ที่แยกชิ้นส่วนคือ 5V/0.85A นี่คือมากกว่า 0.5mA แล้ว ยิ่งไปกว่านั้น จากการทดลองพบว่าการสตาร์ท HDD (โหลดปฏิกิริยา) ต้องใช้กระแสไฟฟ้ามากกว่าที่ระบุไว้บน HDD มาก
ประการที่สี่: ฉันจ่ายไฟให้กับเราเตอร์ผ่านสาย USB และถึงอย่างนั้นฉันก็รู้เกี่ยวกับค่า 1200mA นี่แหละ การดิ้นรนของกระบวนทัศน์ ได้ยินโน่น เห็นนี่ พูดโน่น เขียนนี่...

ข้อกำหนดเบื้องต้นทั้งหมดสำหรับการทดลองนั้นมีไว้เพื่อให้ได้จำนวนความแรงปัจจุบันที่แท้จริงของ HDD นี้ ตลอดหนึ่งเดือนฉันจะชนเข้ากับสาย USB A-miniB ที่มีแอมป์มิเตอร์ความแม่นยำสูงในราคา 20,000 รูเบิล - แล้วอ่านค่าจากนั้น ด้วยสายตาหรือการตรวจวัดระยะไกล - ไม่ว่าจะเกิดอะไรขึ้น

(เพิ่มเมื่อ 04/07/2558):การทดลองกับขั้วต่อ USB ประสบความสำเร็จ และการเดาของฉันได้รับการยืนยันแล้ว มีการใช้อุปกรณ์ต่อไปนี้:
- มัลติมิเตอร์ DT838 (นี่คือ "ความแม่นยำสูง" สำหรับคุณ...);
- โหลดที่ใช้งานอยู่: HDD ภายนอก Samsung Momentus ST320LM001, เครื่องทำกาแฟ USB Orient W1002B;
- โหลดแบบพาสซีฟ: ตัวต้านทาน 4 ตัว C5-16V-8W 1Ohm ± 1%;
- ปลั๊กยูเอสบี;
- เมนบอร์ด EliteGroup G31T-M7 และ Gigabyte C51-MCP51

ในกระบวนการเชื่อมต่อโหลดที่ใช้งานแยกกันและขนานกันเป็นที่ทราบกันว่า:
- กระแสสูงสุดสำหรับ HDD (0.85A) มีความแม่นยำอย่างยิ่งซึ่งได้มาเมื่อหมุนดิสก์และระหว่างการเริ่มต้นหลังจากโหลด Windows (เศษส่วนของวินาที) กระแสไฟในโหมดไม่ได้ใช้งาน: 0.28-0.35A ในโหมดถ่ายโอนข้อมูลที่ความเร็ว 28MB/s: 0.56-0.63A;
- เครื่องทำความร้อนใช้กระแสไฟคงที่ 0.6A รวมถึงในระหว่างการสตาร์ทด้วย: ไม่มีโหลดที่เกิดปฏิกิริยา เครื่องอุ่นกาแฟที่มีกำลังไฟเพียง 3W ไม่สามารถถือเป็นของใช้ในครัวเรือนที่จริงจังได้
- เมื่อต่อโหลดแบบขนานจะได้ค่า 1.19A ค่านี้เกินกว่าที่ระบุไว้ในมาตรฐาน USB 2.0 2.38 เท่า

แล้วคำถามก็เกิดขึ้น: อะไรคือขีดจำกัดที่ถูกต้อง? ช่างเทคนิคที่ไม่มีประสบการณ์ทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรเมื่อฉันมอบหมายให้เขาแก้ปัญหาการบัดกรี แต่อุปกรณ์ไม่ได้รับความเสียหายและการลัดวงจรก็ไม่ได้ไร้ผล: แอมป์มิเตอร์บันทึกเส้นทางคงที่ที่ 3.3A ซึ่งหมายความว่ามีบางอย่าง ชนิดของตัวจำกัดแอมแปร์ในเมนบอร์ด (เช่น ในคอนโทรลเลอร์) นอกจากนี้ ข้อจำกัดยังใช้งานได้เมื่อปิดพีซีอีกด้วย

เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อโหลดที่ใช้งานอยู่ จึงตัดสินใจละทิ้งมันไปแทนโหลดแบบพาสซีฟ ซึ่งจะถ่ายโอนพลังงานทั้งหมดไปยังเครื่องทำความร้อนของตัวเอง: ตัวต้านทาน น่าแปลกที่ตัวต้านทานกำลังสูงและความต้านทานต่ำขาดแคลนและพบเพียง 4 ตัวเท่านั้น ยิ่งไปกว่านั้นมีอายุ 25-30 ปีและอายุการเก็บรักษาประเภทนี้คือ 15 ปี เป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจเมื่อหลังจากเสร็จสิ้นการทดลอง ปรากฎว่าความต้านทานของหนึ่งในนั้นเพิ่มขึ้น +50% เป็น 1.5 โอห์ม จากนั้น “ข้อผิดพลาด” ทั้งหมดในการทดลองก็ชัดเจนขึ้น

ขั้นแรกได้ 1.45A ซึ่งทำให้ตัวต้านทานร้อนได้สำเร็จเป็นเวลาหลายนาที นอกจากนี้เมื่อลดความต้านทานลงจะได้ค่ากระแส 3.05A และด้วยค่านี้เองที่ระบบอัตโนมัติ (มาเธอร์บอร์ดหรือ Windows?) ยกเลิกการเชื่อมต่อขั้วต่อ USB แต่ด้วยวิธีที่ผิดปกติ: โดยการลดค่าปัจจุบันไม่ให้เป็น 0 แต่เป็น 0.4A

ดังนั้นขีดจำกัดปัจจุบันของขั้วต่อ USB จึงอยู่ในช่วง)