อุปกรณ์ที่ใช้พลังงาน USB พร้อมตัวเก็บประจุแยกตัวเก็บประจุหลายตัว

10

ฉันมีอุปกรณ์ขับเคลื่อน USB ที่มี IC หลายตัว จากสิ่งที่ฉันได้อ่านมันเป็นวิธีปฏิบัติมาตรฐานในการใช้การผสมผสานของตัวเก็บประจุหลายช่วงเพื่อแยกชิ้นส่วน IC แต่ละตัวด้วยขนาดที่เล็กที่สุดใกล้เคียงที่สุดและตัวเก็บประจุขนาดใหญ่ที่อยู่ไม่ไกล

อย่างไรก็ตามฉันวิ่งเข้าไปในภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออก:

จากแหล่งข้อมูลนี้ความจุการแยกตัวสูงสุดที่อนุญาตสำหรับอุปกรณ์ USB คือ 10uF ด้วย IC หลายตัวทุกตัวมีการรวมกันของ 0.1uF และ 2.2uF / 4.7uF ตัวเก็บประจุตัวแยกส่วนฉันเลยเกินขีด จำกัด นี้ได้อย่างง่ายดายเพราะพวกมันทั้งหมดอยู่ในแนวขนาน

ทางออกเดียวที่ฉันคิดได้ก็คือการลด / กำจัดตัวเก็บประจุแยกที่ใหญ่กว่าและ / หรือพยายามที่จะรวมตัวเก็บประจุตัวแยกสลายขนาดใหญ่ของ IC สองสามตัวพร้อมกัน

ในใจของฉันไม่ได้แก้ปัญหาเหล่านี้ดูเหมือนจะเหมาะ โครงร่าง decoupling ที่แนะนำสำหรับ IC หลายตัวบนอุปกรณ์ขับเคลื่อน USB คืออะไร?

การใช้พลังงานตามทฤษฎีของ IC ทั้งหมดที่ใช้งานยังต่ำกว่าขีด จำกัด ที่สามารถจ่ายผ่าน USB 2.0

usb decoupling-capacitor

— helloworld922
แหล่งที่มา

1

(โดยทั่วไป) 100n C's นั้นมีขนาดค่อนข้างใหญ่และแหลมสั้นในปัจจุบันซึ่งต้องจัดหาจากแหล่งที่อยู่ใกล้กับชิป ค่า> 1uF C มีภารกิจทั่วกระดานมากกว่า เมื่อคุณสมมุติว่า 50 ใน 100nF C ของฉันจะออกไป> 1 ยูเอฟหนึ่ง กำลังการผลิตทั่วบอร์ดที่ต้องการนั้นได้รับการจัดหาโดยกลุ่มคนจีนจำนวน 100nF C

— Wouter van Ooijen

1

บางอย่างเกี่ยวข้องกับคำถามของคุณทันที แต่มีบางสิ่งที่ต้องจำไว้ถ้าคุณใช้ตัวเก็บประจุขนาดใหญ่: USB ไม่เพียง แต่มีขีด จำกัด การไหลเข้าปัจจุบันเท่านั้น แต่ยัง จำกัด ว่าอุปกรณ์จะแสดง 5V บน VBUS นานแค่ไหนหลังจากโฮสต์ถูกปิด . บางทีใครบางคนรู้การอ้างอิงที่แน่นอน?

— ARF

@ARF นี่เป็นบิตของ necro-post แต่ฉันพบสิ่งต่อไปนี้ในสเปค USB2: "เมื่อ VBUS ถูกลบอุปกรณ์จะต้องถอดพลังงานออกจากตัวต้านทานแบบเลื่อนขึ้น D + / D- ภายใน 10 วินาที" ฉันไม่จำข้อกำหนดในการลบ 5V จาก VBus แต่จะส่งผลกระทบต่อการออกแบบปัจจุบันของฉันหากมี นี่อาจเป็นสเป็คที่คุณคิดหรือ

— Jason_L_Bens

ฉันค่อนข้างจะสายไปแล้ว แต่ @Jason_L_Bens คุณได้รับคำตอบใช่ไหม

— Tim Jager

4

ในขณะที่ไม่ตรงกับสิ่งที่คุณต้องการฉันได้ใช้ไอซีจัดการพลังงานเพื่อทำสิ่งนี้ให้สำเร็จ ยกตัวอย่างเช่นTPS2113APW ฉันชอบชิปตัวนี้เพราะช่วยให้ฉันสามารถสร้างอุปกรณ์แบบดูอัลที่สามารถใช้งานได้กับทั้งวอลล์หูดหรือปิด USB โดยอัตโนมัติเลือกที่จะติดตั้งวอลล์หากมี

หากคุณไม่ต้องการการใช้พลังงานแบบดูอัลคุณสามารถใช้บางอย่างเช่นMIC2545A

ในที่สุดความจุใด ๆ "เบื้องหลัง" IC การจัดการพลังงาน (เช่นเชื่อมต่อกับเอาท์พุท IC) ไม่ได้ "เห็น" โดย USB; บัสจะเห็นความจุ "ที่ด้านหน้า" IC (เช่นต่อกับอินพุต IC)

คุณยังต้องกังวลเกี่ยวกับการไหลเข้าปัจจุบัน - "บวกผลกระทบ capacitive ใด ๆ ที่มองเห็นได้ผ่านส่วนควบคุม" ของสเป็ค - แต่ IC เหล่านั้นยังมีข้อ จำกัด ในปัจจุบันตัวแปร หาค่าความต้านทานแบบขนานที่คุณต้องมีข้อ จำกัด 100 mA และข้อ จำกัด 500 mA (และข้อ จำกัด ทางเลือก n mA หากคุณต้องการ จำกัด กำลังของกำแพง) จากนั้นใช้ FET เพื่อย่อตัวต้านทานตามต้องการเพื่อเปิดใช้งานข้อ จำกัด ต่างๆ

ผ่านชิปเหล่านี้ฉันได้แนบ PCBs ที่มีหลายร้อย uF กับ USB และชุด DMM เป็น max ปัจจุบันที่เร็วที่สุดตรวจสอบว่าการไหลเข้าระหว่างการแนบไม่เกิน 100 mA

— ajs410
แหล่งที่มา

1

ในที่สุดฉันก็ตัดสินใจไปใช้ชิป NCP380LSN05AAT1G คล้ายกับ MIC2545A แต่ได้รับการออกแบบมาสำหรับการใช้งาน USB

— helloworld922

1

หากคุณทำตามวิธีนี้ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีอย่างน้อย 1 ยูเอฟในฝั่ง VBus ข้อกำหนดนี้ได้รับการเพิ่มเข้ามาด้วยการถือกำเนิดของ USB On The Go และเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับ Attach Detection Protocol ให้ทำงานได้

— ajs410

ฉันใช้มันเพื่อเริ่มส่วนต่าง ๆ ของอุปกรณ์ของฉัน (ด้านอะนาล็อก) ตัวประมวลผลหลัก (ความจุ decoupling ทั้งหมด ~ 5uF แม้ว่าส่วนใหญ่ของการทำงานเหล่านี้เฉพาะจาก uC ไปยังพื้นดิน) จะถูกเชื่อมต่อกับ USB โดยตรงและตัวพิมพ์ใหญ่ที่เหลืออยู่และตัวควบคุม IC นั้นอยู่ด้านหลังตัวควบคุม

— helloworld922

9

อุปกรณ์ USB ไม่สามารถมีประจุมากกว่า 10uF เมื่อเชื่อมต่อ นี่ไม่ได้แปลว่าคุณสามารถมีตัวเก็บประจุได้เพียง 10uF เท่านั้นนั่นหมายความว่าคุณจะต้อง จำกัด กระแสการไหลเข้าที่จะต้องชาร์จ 10uF เมื่อทำการเชื่อมต่อ จากข้อกำหนด USB:

โหลดสูงสุด (CRPB) ที่สามารถวางที่ปลายด้านล่างของสายเคเบิลคือ 10 μFขนานกับ 44 Ω ความจุ 10 μFหมายถึงตัวเก็บประจุบายพาสใด ๆ ที่เชื่อมต่อโดยตรงผ่านสาย VBUS ในฟังก์ชั่นรวมถึงเอฟเฟกต์แบบ capacitive ใด ๆ ที่มองเห็นได้ผ่านตัวควบคุมในอุปกรณ์ ความต้านทาน 44 represents หมายถึงโหลดหนึ่งหน่วยของอุปกรณ์ที่ใช้ในปัจจุบันระหว่างการเชื่อมต่อ

นอกจากนี้:

หากจำเป็นต้องใช้ความจุบายพาสเพิ่มเติมในอุปกรณ์อุปกรณ์นั้นจะต้องรวมการ จำกัด กระแสไฟกระชาก VBUS บางรูปแบบเช่นนั้นซึ่งจะตรงกับลักษณะของการโหลดข้างต้น

อย่างที่คุณอาจทราบว่าอุปกรณ์ของคุณได้รับอนุญาตให้วาด 1 หน่วยพลังงานหรือ 100mA เมื่อเชื่อมต่อโดยไม่มีการเจรจาใด ๆ

ถ้าฉันออกแบบอุปกรณ์ USB กำลังแรงฉันจะ:

A. อยู่กับข้อกำหนด 10uF เช่นถ้าฉันใช้แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์หรือ VDD ของฉันจะเป็น 3.3V

หรือ

B. ใช้วงจร "สตาร์ทนุ่ม" เช่นตัวต้านทาน 47 โอห์มในซีรีย์กับตัวเก็บประจุขนาดใหญ่ของฉัน ใช้ตัวเปรียบเทียบเพื่อรับรู้ถึงแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวเก็บประจุจำนวนมาก เมื่อแรงดันไฟฟ้าอยู่ภายใน 100mV ของแรงดันบัส USB ให้เปิดตัวเปรียบเทียบ P-MOSFET ที่จะทำให้ตัวต้านทาน 47 โอห์มสั้นลง

วงจรเริ่มต้นอ่อนของ USB

— Martin K
แหล่งที่มา

หากคุณวาดแรงดัน 100 mA ใน 47 & Omega; ตัวต้านทานจะไม่เข้าใกล้ 100 mV คุณจะต้องมี 1 & Omega; ตัวต้านทานแล้ว แต่คุณจะไม่เริ่มต้นอ่อนอีกต่อไป และบางทีคุณอาจไม่ต้องการเครื่องมือเปรียบเทียบและ FET เช่นเมื่อคุณจะใช้ 5 V สำหรับเครื่องควบคุม LDO เท่านั้น

— stevenvh

ฉันพูดว่า "100mV" แล้วแผนภาพวงจรของฉันจะแสดงมากกว่า 500mV แรงดันไฟฟ้าไม่ได้เป็นส่วนสำคัญมันสำคัญยิ่งที่จะอยู่ภายใต้ข้อกำหนด 100mA เมื่อชาร์จไฟจำนวนมาก ขอโทษสำหรับความสับสน.

— Martin K

เป็นความคิดที่ดี แต่ฉันคิดว่าแรงดันไฟฟ้าตกเป็นสิ่งสำคัญ หากคุณสลับ FET เมื่อยังมี 500 mV ไปที่ C2 อาจยังทำให้เกิดกระแสสูงสุดที่บัส USB ไม่ต้องการเห็นในตอนแรก ฉันจะเพิ่มฮิสเทรีซีสลงใน opamp นั้น (ถ้าเป็น opamp ก็ไม่ได้บอก)

— stevenvh

ทุกจุดที่ดี ฉันหมายถึงมันเป็นจุดเริ่มต้นสำหรับการแก้ปัญหาของคุณเอง

— Martin K

1

มีตัวอย่างในแนวทางการออกแบบฮาร์ดแวร์ USB สำหรับ FTDI ICsมาตรา 2.4.2 ความจุจำนวนมากเทียบกับกระแสไฟไหลเข้าด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ที่เปิดใช้งานพิน

— endolith

4

100 nF นั้นสำคัญที่สุด ให้แน่ใจว่าได้วางเหล่านั้นและอย่างที่คุณพูดใกล้เคียงที่สุดกับหมุด

2.2 / 4,7 µF เพื่อวางขนานเป็นค่าสูงและไม่ควรใช้ในแหล่งจ่ายไฟแยกอย่างเหมาะสม โดยเฉพาะอย่างยิ่งไม่ได้อยู่ในแต่ละ IC ที่นี่แหล่งจ่ายไฟจะอยู่ไม่ไกลจากนั้นแนะนำให้ใช้ตัวเก็บประจุขนาดไม่กี่ µF ใช้ค่าสูงสุดที่คุณยังสามารถจ่ายได้หลังจากลบ 100 nFs และวางที่ใกล้กับ IC ซึ่งจะดึงกระแสล่าสุดยกเว้นว่าจะเป็นปลายอีกด้านที่ USB เข้าสู่ PCB แล้วคุณจะต้องประนีประนอม: ในเส้นทางจากตัวเชื่อมต่อ USB และไม่ไกลจากผู้บริโภครายใหญ่ที่สุดในปัจจุบัน

— stevenvh
แหล่งที่มา

2

กฎ"ความจุสูงสุดข้ามหมุด Vbus"มีวัตถุประสงค์เพื่อป้องกันไม่ให้แรงดันไฟฟ้า Vbus ลดลงต่ำพอที่จะรีเซ็ตอุปกรณ์ USB อื่น ๆ เมื่อใดก็ตามที่มีการเสียบอุปกรณ์ USB ใหม่

ฉันเห็นอุปกรณ์ USB บางตัวที่ต้องการเพียงเม็ดเฟอร์ไรต์เพื่อรักษากระแสการไหลเข้าภายในรายละเอียด พวกเขาเชื่อมต่อเพียงสองสิ่งกับขา Vbus ของตัวเชื่อมต่อ USB: ความจุ VBU ขั้นต่ำ 1uF แยกตัวออกโดยตรงผ่านหมุด Vbus และ GND ของตัวเชื่อมต่อ USB และเฟอร์ไรต์บีดที่จ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ที่เหลือ ที่ช่วยให้พวกเขาใช้ความจุสุทธิของมากกว่า 10 uF เล็กน้อยที่อีกด้านหนึ่งของลูกปัดเฟอร์ไรต์

แผนงานส่วนใหญ่สำหรับอุปกรณ์ที่ใช้พลังงาน USB ที่ฉันได้ดูมีตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่แปลงระหว่าง 4.45 V ถึง 5.25 V จากโฮสต์ USB เป็น 3.3 V ที่ใช้โดยชิปทั้งหมดบนอุปกรณ์ การใช้ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าพร้อมวงจร "สตาร์ทนุ่ม" ช่วยให้กระแสไฟไหลเข้าภายในสเป็ค; ที่ช่วยให้นักออกแบบใส่ความจุจำนวนเท่าใดก็ได้บนเอาท์พุทของตัวควบคุม - ระหว่าง 3.3 V และ GND - โดยไม่มีปัญหาใด ๆ ในด้าน USB

— davidcary
แหล่งที่มา