เหตุใด USB จึงมี Vcc = 5V และสูง = 3.3V

ฉันกำลังคิดที่จะเพิ่มการรองรับ USB เข้ากับอุปกรณ์ของฉันโดยใช้ V-USB จากสิ่งที่ฉันอ่านที่นั่นและในเว็บไซต์อื่น ๆ USB ดูเหมือนว่าจะมีเพียง 3.3V ในระดับสูงบนหมุดข้อมูลในขณะที่แรงดันไฟฟ้าที่จัดทำโดย USB คือ 5V

อะไรคือเหตุผลเบื้องหลัง สำหรับฉันดูเหมือนว่าจะทำให้สิ่งต่าง ๆ มีความซับซ้อนมากขึ้นเนื่องจากวิธีการที่ฉันต้องทำงานกับแรงดันไฟฟ้าหลายอย่างบนกระดานหรือลด Vcc ลงเหลือ 3.3V

สายข้อมูลบน USB ความเร็วต่ำมีสัญญาณแรงดันที่แตกต่างกันของคุณลักษณะต่อไปนี้สำหรับเครื่องส่งสัญญาณ: -

สำหรับอุปกรณ์ที่มีความเร็วต่ำและความเร็วสูงระบบจะส่งค่า '1' โดยดึง D + มากกว่า 2.8V พร้อมตัวต้านทาน 15K ohm ที่ถูกดึงลงดินและ D- ต่ำกว่า 0.3V พร้อมตัวต้านทาน 1.5K ohm ที่ดึงไปที่ 3.6V ส่วนดิฟเฟอเรนซ์ '0' ในทางกลับกันคือ D- มากกว่า 2.8V และ D + น้อยกว่า 0.3V พร้อมตัวต้านทานแบบดึงลง / ขึ้นที่เหมาะสมเช่นเดียวกัน

และสำหรับตัวรับข้อมูลจำเพาะคือ: -

ผู้รับกำหนดดิฟเฟอเรนเชียล '1' เป็น D + 200mV มากกว่า D- และดิฟเฟอเรนซ์ '0' เป็น D + 200mV น้อยกว่า D-

ข้อมูลที่นำมาจากที่นี่และทราบว่าที่กล่าวว่า 3V6 จริง ๆ แล้วหมายถึง 3V3

สำหรับระบบ USB ความเร็วสูงระดับแรงดันไฟฟ้าจะเล็กลง: -

อย่างที่คุณสามารถบอกได้ว่าระดับตรรกะการส่งไม่มีอะไรเกี่ยวข้องกับระบบลอจิก 5V หรือ 3V3 พาวเวอร์ฟีดเป็นเพียงฟีดพลังงานปกติที่เข้ากันได้กับระบบ 5V และ 3V3 ค่อนข้างง่าย

แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นช่วยชดเชยแรงดันไฟฟ้าที่ตกสู่อุปกรณ์ หาก USB เป็น 3.3v หากคุณมีสายเคเบิลยาวและตัวเชื่อมต่อที่ไม่ดีซึ่งมีการลดลง 0.5v อุปกรณ์จะทำงานที่ 2.8v เท่านั้น หากแรงดันไฟฟ้าเป็น 5v คุณยังคงมี 4.5v เพื่อใช้งานและนั่นก็เพียงพอที่จะเรียกใช้ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า LDO

แรงดัน 5V บนพินกำลังเป็นเพียงตัวจ่ายพลังงานสำหรับอุปกรณ์ที่ต้องการพลังงาน ในเวลานั้น USB ถูกแนะนำทั้งอุปกรณ์ 5V และ 3.3V เป็นเรื่องปกติและเป้าหมายคือเพื่อรองรับทั้งสองระบบ มี (อย่างน้อย) ข้อได้เปรียบสองข้อของการใช้ 5V เป็นแรงดันไฟฟ้าแทน 3.3V:

• สำหรับอุปกรณ์ที่ต้องการพลังงานที่สูงกว่า (เช่น HDD ภายนอก) โดยใช้แรงดันไฟฟ้าสูงกว่าที่แหล่งจ่ายเดียวกันจะให้พลังงานมากกว่า การใช้ 3.3V เป็นแหล่งจ่ายแรงดันและการเพิ่มกระแสจะไม่ดีเท่า ๆ กันเนื่องจากต้องใช้ลวดที่หนากว่าในการส่ง
• ในกรณีของอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำ 3.3V จะง่ายกว่าถูกกว่าและมีประสิทธิภาพมากกว่าในการควบคุม 3.3V จาก 5V โดยใช้ LDO ง่ายกว่า vica ในทางกลับกัน ตัวหลังจะต้องใช้ตัวแปลงเพิ่มโหมดสวิตช์ซึ่งซับซ้อนกว่า

เคสสำหรับดาต้าพิทนั้นรองรับทั้งอุปกรณ์ 3.3V และ 5V ให้ง่ายที่สุด อินพุต / เอาต์พุตของอุปกรณ์ 5V สามารถออกแบบเพื่อตีความและส่งออก 3.3V สูงสุด ในระดับสูง มาตรฐาน TTL อายุหลายสิบปีนั้นต้องการเพียง 2.4V ในระดับสูงเท่านั้นดังนั้นในทางทฤษฎีแล้วก็เข้ากันได้ 3.3V (เป็นอินพุต)

ในทางตรงกันข้ามหากบัสข้อมูลเลือกที่จะทำงานในระดับ 5V มันจะทำให้เกิดปัญหากับอุปกรณ์ 3.3V แม้ว่าอินพุตสามารถสร้างได้อย่างง่ายดายเพื่อให้ทนทานต่อ 5V แต่ในเอาต์พุตมันไม่สามารถส่งออก 5V โดยใช้แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟเดียว มันต้องมีระดับจำแลง (ในตัวหรือภายนอก) และแรงดันไฟฟ้าทั้งสอง มันมีความหมายซับซ้อนกว่าครั้งก่อนโดยเฉพาะบนบัสสองทิศทางเช่น USB

ปัจจัยหลักเมื่อพิจารณาระดับแรงดันไฟฟ้าสำหรับบัสที่ต่างกันคือการใช้พลังงาน ยิ่งแรงดันไฟฟ้า / บิตเรตสูงขึ้นเท่าใดการใช้พลังงานก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งการใช้พลังงานจะขยายเมื่อคุณมีสัญญาณความเร็วสูงมากหรือหลายจุดโหลด หากคุณคิดว่ามีปัญหาเดียวกันในทิศทางอื่นระดับแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นจะทำได้ยากกว่าจากมุมมองของคนขับซึ่งจะ จำกัด ความเร็วในการส่ง การขับขี่ในโหมดปัจจุบัน (ซึ่งรับประกันความเร็ว) ที่ใช้ในรถบัสสมัยใหม่หลายสายรวมอยู่ใน USB ช่วยให้แรงดันไฟฟ้าต่ำลงในสายข้อมูล

ในบันทึกอื่นการสะท้อนหรือการส่งสัญญาณความไม่สมบูรณ์จะส่งผลให้เกิด / undershoots หากคุณมีแรงดันไฟฟ้าสูงมากบนรถบัสทรานสเรชั่นที่ซ้อนทับ (และกำลังสูงกว่า) อาจไม่สามารถรับได้โดยอุปกรณ์ พลังนั้นก็ไร้ประโยชน์เช่นกัน กรณีที่รุนแรงของปรากฏการณ์นี้คือเมื่อคุณถอดเสาอากาศออกจากเครื่องส่ง RF หากคุณมีพลังงานเพียงพอในเครื่องส่งสัญญาณคุณจะเสี่ยงต่อวิทยุ คุณสามารถพิจารณาปัจจัยอื่น ๆ เช่น EMI ได้เช่นกัน วิธีการเกี่ยวกับความร้อนที่หายไปในการเลิกจ้าง? สำหรับ Z0 ที่ได้รับจะเพิ่มความร้อนมากขึ้น

นั่นคือเหตุผลที่ USB ความเร็วต่ำ / เต็มใช้ 3.3V, USB 2.0 และใหม่กว่าใช้ 800 / 400mv ที่ต่ำกว่า เรามักจะต้องการใช้แรงดันไฟฟ้าต่ำสุดที่เหมาะสมสำหรับอินเทอร์เฟซเฉพาะ โปรดทราบว่าอินเทอร์เฟซความเร็วสูงจำนวนมาก (เช่นอีเธอร์เน็ต, สามารถ, hdmi, pci, lvds, และอื่น ๆ อีกมากมาย) ทั้งหมดใช้สัญญาณแรงดันไฟฟ้าต่ำในระดับเดียวกัน

เหตุผลอื่นสามารถมั่นใจได้ว่าการเชื่อมต่อทำงานอย่างถูกต้อง ช่วงที่ใหญ่กว่ามีพลังต่อเสียงรบกวนมากกว่า (เพราะต้องการเสียงรบกวนที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าเพื่อเปลี่ยนสถานะบิต)