USB में 3 के बजाय 4 लाइनें क्यों होती हैं?

Question

USB 4 पिन निर्दिष्ट करता है:

1.   VBUS   +5V
2.   D-     Data-
3.   D+     Data+
4.   GND    Ground

यह 3 क्यों नहीं है? क्या डाटा और पावर एक साझा आधार नहीं बना सकते हैं? क्या मैं यह समझने में सही हूं कि D-जमीन किसके लिए है D+?

Comments

बस इतना है कि आप जानते हैं: एकल तार प्रोटोकॉल हैं जहां भी + 5 वी और डेटा समान है। यह तेज़ और हस्तक्षेप-सुरक्षित नहीं होगा, लेकिन कुछ अनुप्रयोगों के लिए, कम तार एक सच्ची शुद्ध जीत है। अन्य, जैसे USB और ईथरनेट, अधिक शक्ति और डेटा प्राप्त करने के लिए तार जोड़ते हैं।

— मैके

वाह, यह एक आश्चर्यजनक रूप से लोकप्रिय सवाल है!

— राकेटमग्नेट

Answer 1

नहीं, D-जमीन नहीं है। डेटा को एक अंतर रेखा पर भेजा जाता है , जिसका अर्थ है कि D-यह दर्पण छवि है D+, इसलिए दोनों डेटा लाइनें संकेत ले जाती हैं। रिसीवर से घटाता D-है D+। यदि दोनों तारों द्वारा कुछ शोर संकेत उठाया जाएगा, तो घटाव इसे रद्द कर देगा।

इसलिए डिफरेंट सिग्नलिंग शोर को दबाने में मदद करता है। तो क्या तारों का प्रकार, अर्थात् मुड़ जोड़ी । अगर तार सिर्फ समानांतर चले तो वे एक (संकीर्ण) लूप बनाएंगे जो चुंबकीय हस्तक्षेप को उठा सकते हैं। लेकिन क्षेत्र के संबंध में तारों के उन्मुखीकरण को मोड़ने के लिए धन्यवाद लगातार बदलता रहता है। एक प्रेरित वर्तमान को विपरीत संकेत के साथ एक वर्तमान द्वारा रद्द कर दिया जाएगा, जिससे आगे आधा मोड़ आएगा।
मान लीजिए कि आपके पास मुड़ तार पर लंबवत रूप से काम करने की गड़बड़ी है। आप प्रत्येक आधे मोड़ को गड़बड़ी उठाते हुए एक छोटे से लूप के रूप में मान सकते हैं। फिर यह देखना आसान है कि अगला छोटा लूप विपरीत क्षेत्र को देखता है (उल्टा, इसलिए बोलने के लिए), ताकि पहला क्षेत्र रद्द हो जाए। यह आधे जोड़े की प्रत्येक जोड़ी के लिए होता है।
जमीन पर समाई के लिए एक समान संतुलन प्रभाव होता है। एक सीधे जोड़े में एक कंडक्टर दूसरे की तुलना में जमीन पर एक उच्च समाई दिखाता है, जबकि एक मुड़ जोड़ी में प्रत्येक तार समान धारिता दिखाएगा।

कई मुड़ जोड़े के साथ केबलों को संपादित करें जैसे कि कैट 5 में प्रत्येक जोड़ी के लिए क्रॉसस्टॉक को कम करने के लिए एक अलग मोड़ लंबाई है।

Comments

@ pjc50 - वास्तव में, मैंने इसे विकिपीडिया से उठाया था, लेकिन अगर मुझे इसे स्वयं खींचना होता तो मैं Adobe Illustrator का उपयोग करता।

— स्टीवनव सिप

@ pjc50 या इंकस्केप, जो सबसे लोकप्रिय (और वास्तव में वैध) मुफ्त सॉफ्टवेयर विकल्प है

— clabacchio

खैर, मैं इलेक्ट्रॉनिक्स में नया हूं। मैं आपसे पूछना चाहता हूं, अगर शोर केवल डी + पर था, तो इसे कैसे रद्द किया जा सकता है? तो, मैं कह रहा हूं, क्या ऐसी स्थिति है जो शोर केवल डी + या डी पर है?

— एन्स अनल

@ कान - यह वायरिंग की समरूपता के कारण नगण्य होगा: यदि आप तार की एक मनमानी लंबाई लेते हैं तो आप यह नहीं देख सकते हैं कि यह क्या है D+और जो है D-(रंग कोडिंग के अलावा)। इसका मतलब है कि दोनों D+और D-एक ही तरह से गड़बड़ी से अवगत कराया जाएगा। और जब दोनों घटाना पर शोर समान है तो इसे लगभग पूरी तरह से रद्द कर दिया जाएगा।

— स्टीवनव

@EnesUnal मुड़ जोड़ी केबल के बारे में एक दिलचस्प बात यह है कि न तो तार स्थायी रूप से शोर या अन्य तार की तुलना में हस्तक्षेप के करीब है। Ref: techtionary.com/members/slides/u/unbalun.swf

— सेबेस्टियन

Answer 2

यह एक समाप्त (असंतुलित) संकेत के बजाय एक अंतर (या संतुलित) संकेत है।

इसका मतलब है कि रिसीवर उनके बीच वोल्टेज को मापता है, बजाय एक और जमीन के।
कहो D + 2V पर है, और D- 1V पर है। अब कहते हैं कि तार कुछ बाहरी शोर (RF, main hum, आदि) को उठाता है, यह बहुत संभव है कि दोनों केबल एक ही शोर संकेत को उठाएंगे क्योंकि वे एक साथ और एक ही प्रतिबाधा से मुड़ रहे हैं।
कहते हैं कि हम 50mV शोर उठाते हैं। तो अब D + के पास 2050mV है, और D- के पास 1050mV है - उनके बीच का अंतर अभी भी 1V (1000mV) है, और यह वह है जो रिसीवर "देखेगा"।
यदि यह एक एकल समाप्त केबल के साथ किया गया था, तो D + (कोई D-) 1050mV पर नहीं होगा, और ग्राउंड अभी भी 0V पर होगा, इसलिए रिसीवर 1050mV देखेगा।

यह थोड़ा अधिक सरलीकरण है (लेकिन मूल अवधारणा को पार कर जाता है) - जमीन भी कुछ शोर उठा सकती है (या इसके साथ शुरू करने के लिए मौजूद है), लेकिन इसके बीच बेमेल प्रतिबाधा और संकेत की वजह से शोर की मात्रा प्रत्येक पंक्ति पर उठाया गया अंतर अलग होगा और यह अंतर प्राप्त करने वाले छोर पर दिखाई देगा। इसके अलावा यह शुरू में मौजूद हो सकता है (जैसे ग्राउंड लूप) जो सिंगल एंडेड सिस्टम के लिए एक बड़ी समस्या है।
संतुलित कनेक्शन में लाइनों के अवरोधों का मिलान करना अच्छे कॉमन मोड रिजेक्शन (यानी सिग्नल को दोनों सिग्नल्स को रिजेक्ट करना) के लिए बहुत महत्वपूर्ण है क्योंकि यह तभी काम करता है जब दोनों लाइनें बिल्कुल समान मात्रा में शोर उठाती हैं। संकेतों का सममित होना आवश्यक नहीं है। हालांकि, शोर पैदा होता है, जब तक यह दोनों संकेतों को समान रूप से प्रभावित करता है तब तक सामान्य मोड अस्वीकृति बहुत अच्छी होगी।

Answer 3

दरअसल, एक बार कोशिश की गई थी: ऐप्पल डेस्कटॉप बस (एडीबी) का उपयोग कीबोर्ड और चूहों को ऐप्पल मैकिंटोश कंप्यूटरों से कनेक्ट करने के लिए 1986 से किया गया था जब तक कि ऐप्पल ने 1997 में आईमैक के साथ यूएसबी के लिए इसे खोदा नहीं था।

इसमें चार तार थे: 5 वी, ग्राउंड, डेटा और पावर-स्विच। पावर-स्विच लाइन कीबोर्ड पर पावर बटन के लिए थी, जो लाइन को जमीन से जोड़ती थी, और मशीन को शुरू करने के लिए बिजली की आपूर्ति को बताती थी। इसका अपना तार होना था इसलिए 5 वी लाइन बंद होने पर भी यह काम करता था।

इसके अलावा, डेटा लाइन ने सब कुछ किया ... बहुत धीरे-धीरे। बस कभी भी डेस्कटॉप डिवाइस बस होने से आगे नहीं बढ़ी क्योंकि इसमें न केवल एक एकल-समाप्त सिग्नल था, बल्कि इसकी लंबाई सीमा थी (आपको बस के अंत तक प्रतिबिंब मिलते हैं, क्योंकि यह प्रत्येक छोर पर समाप्त नहीं हुआ है)।

इसलिए इंटेल ने यूएसबी के लिए डिफरेंशियल सिग्नलिंग का उपयोग करने का फैसला किया। यदि आप एक अच्छा विचार चाहते हैं कि डिफरेंशियल सिग्नलिंग आपको क्या खरीदता है, तो सिंगल-एंडेड RS-232 बस के शोर में प्रदर्शन की तुलना डिफेंस RS-422 बस से करें। RS-422 को किसी दिए गए बिट एरर रेट में कम सोर्स वोल्टेज वाले लंबे केबल पर चलाया जा सकता है।

ऐसा क्यों है? लंबा संस्करण इलेक्ट्रोमैग्नेटिक्स क्लास में एक दिन का व्याख्यान लेता है। लघु संस्करण यह है कि एक शोर संकेत एक अंतर जोड़ी के दोनों तारों में एक ही वोल्टेज को प्रेरित करेगा, इसलिए रिसीवर अंत में तुलनित्र इसे रद्द कर देता है (यह आम-मोड वोल्टेज को बहुत अच्छी तरह से अस्वीकार करता है)। सिंगल-एंडेड लाइन की कोई तुलनात्मक गारंटी नहीं है, क्योंकि इस बात की कोई गारंटी नहीं है कि ग्राउंड लाइन और सिग्नल लाइन एक ही शोर संकेत उठाएगी; मैदान भी चेसिस ग्राउंड के माध्यम से जुड़ा हो सकता है और रिटर्न करंट पूरी तरह से अलग मार्ग लेगा।

Comments

आप कहते हैं कि RS-422 को दिए गए बिट त्रुटि दर के लिए RS = 232 से अधिक समय तक चलाया जा सकता है; लंबे समय से RS-232 केबल यादृच्छिक त्रुटियों को लेने के लिए शुरू करते हैं? मुझे उम्मीद होगी कि जब कुछ लंबाई हो सकती है, तो प्रयोज्यता की सीमा रेखा पर, जहां किसी दिए गए संदेश में अनियंत्रित होकर गुजरने का 99% मौका हो सकता है, लंबाई के बीच बहुत अंतर नहीं होगा जहां एक जटिल संदेश पास हो सकता है सफलता के 99% या बेहतर अवसर के साथ, और जहाँ यह विफलता का 99% मौका होगा। क्या गिरावट धीरे-धीरे है?

— Supercat

लंबी RS-232 लाइनों में एक बड़ी समस्या है कि RS-422 नहीं है: चूंकि "जमीन" संकेत को ध्वस्त करने के लिए संदर्भित है, इस "जमीन" में संचयी त्रुटि रिसीवर पर कहर बरपाती है। यह तब और भी बदतर हो जाता है जब रिसीवर और ड्राइवर एक ही ज़मीन पर नहीं होते (उदाहरण के लिए अलग-अलग पावर सर्किट में प्लग किए जाते हैं), या जब सिग्नल के रिटर्न करंट के अलावा अन्य धाराएँ उस ग्राउंड लाइन पर होती हैं। ग्राउंड लाइन पर कोई भी वोल्टेज ड्रॉप, जो भी कारण से, आपके शोर मार्जिन को कम कर देता है, जब तक कि यह बस चला नहीं जाता है। मूल रूप से, "ग्राउंड" एक सुविधाजनक फिक्शन है जो लंबी केबलों के लिए विफल रहता है।

— माइक डीमोन

फॉल-ऑफ वास्तव में धीरे-धीरे नहीं है, क्योंकि ज्यादातर मामलों में शोर VOH / VOL और VIH / VIL के बीच के अंतर से बहुत कम है। क्या होता है, एक निश्चित (लंबी लंबाई) पर, आप ध्यान देने योग्य त्रुटियों को उठाना शुरू करते हैं, जिस तरह शोर की ताकत रिसीवर थ्रेशोल्ड के बराबर शुरू होती है (यानी वोल्टेज 0एक 1या इसके विपरीत टक्कर करने के लिए आवश्यक है ), फिर केबल के रूप में जब तक आप पूरी तरह से नहीं चले जाते, तब तक आपको बहुत अधिक त्रुटियाँ मिलती हैं। यह रेडियो के r ^ -2 फैलने वाले नुकसान की तरह नहीं है। (विषय पर वापस, एडीबी के मामले में, ग्राउंड वायर सिग्नल और पावर रिटर्न करंट दोनों को वहन करता है।)

— माइक डीसिमोन

क्या समस्या आमतौर पर यह है कि शोर की शक्ति बढ़ जाती है, या समस्या यह है कि आमतौर पर सिग्नल या तो बहुत कमजोर हो जाता है, जो बढ़ते और गिरते किनारों पर लगातार पता लगाने की सीमा तक पहुंचता है? मैंने निश्चित रूप से उच्च गति पर शोर से अधिक बाद की समस्या को देखा है; क्या शोर कम गति पर प्रमुख समस्या बन जाता है (अधिक लम्बी केबल लंबाई कम गति की अनुमति देता है)? एडीबी के लिए, मुझे लगता है कि यह माउस और कीबोर्ड के लिए लोगों को अपने पीसी में अलग-अलग तारों को प्लग करने से बचाने के लिए बनाया गया था। बहुत खराब आधुनिक पीसी डिजाइनर ऐसी चीजों पर विचार नहीं करते हैं।

— 20

व्यवहार में, एडीबी उस समय विश्वसनीय नहीं था जब आपके पास कई उपकरण थे। मेरे पास एक जॉयस्टिक, थ्रॉटल, कीबोर्ड और माउस था, और यदि आप उन्हें सही क्रम में नहीं मिला, तो वे बेतरतीब ढंग से काम नहीं करेंगे। जॉयस्टिक और थ्रॉटल अपराधी थे; उनके पास बहुत से केबल की लंबाई थी, और यह जुड़ गया। और, हाँ, मैक के पास RS-232 नहीं था (यह है कि मैंने 422 का उपयोग किया है), लेकिन RS-422 के साथ एक चाल यह है कि आप इसे केबल के साथ एकल-समाप्त RS-423 में बदल सकते हैं (TX- TX) ; TX + कनेक्ट नहीं है, RX + GND के लिए, RX- RX बन जाता है), और RS-423 छोटी दूरी पर RS-232 के साथ संगत है।

— माइक डेनिमोन 15

Answer 4

वास्तव में बहुत सारे USB में 5 लाइनें हैं, न कि 4. (5th लाइन बातचीत के लिए है जो OTG एप्लिकेशन में मास्टर है। ध्यान दें कि यह मिनी और माइक्रो USB कनेक्टर तक सीमित है।)

जैसा कि दूसरों ने पहले ही बताया है, डी + और डी-लाइनें एक अंतर जोड़ी हैं। चूंकि एक रिसीवर सामान्य मोड वोल्टेज को अनदेखा कर सकता है, एक अंतर जोड़ी एकल समाप्त सिग्नल की तुलना में बेहतर शोर प्रतिरक्षा प्रदान करती है। तार्किक रूप से, D + और D- लाइनें एक एकल संकेत हैं।

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@ कोरटुक: मिनी और माइक्रो यूएसबी पर यूएसबी ऑन-गो के लिए 5 वीं "आईडी" पिन है, जहां या तो डिवाइस होस्ट के रूप में कार्य कर सकता है। Secure.wikimedia.org/wikipedia/en/wiki/USB#Physical_appearance

— एंडोलिथ

पांचवां पिन बातचीत के लिए नहीं है - यह कनेक्टर में तय किया गया है और दूसरे छोर तक नहीं पहुंचता है। ओटीजी उपकरणों को इंगित करने के लिए विचार था जब उन्हें ए एंड को प्लग करके मेजबान भूमिका लेने की आवश्यकता होती है। भूमिकाओं को स्विच करने के लिए एक प्रोटोकॉल भी है, लेकिन यह बहुत उच्च स्तर है।

— यन वर्निअर

Answer 5

मैं निश्चित रूप से नहीं कह सकता कि यह एकमात्र विचार है जो इसमें चला गया है, लेकिन यह ग्राउंडिंग के लिए नहीं है, यह ईएमआई रद्द करने के लिए है। डेटा +/- तारों रहे जोड़ी मुड़ अंतर संकेतों को ले जाने।

यह वैसा ही है जैसा आपको एक सामान्य घरेलू फोन कॉर्ड या नेटवर्क केबल में मिलेगा।

Answer 6

D + D- अंतर डेटा ट्रांसमिशन तंत्र को प्रभावित शोर को कम करने के लिए अपनाया जाता है, इसलिए ट्रांसमिशन की बैंडविड्थ को अत्यधिक बढ़ाया जा सकता है।

यूएसबी की तरह कई अन्य ट्रांसमिशन प्रोटोकॉल हैं जो अंतर भौतिक परत का उपयोग करते हैं। कुछ उदाहरण हैं RS485, ईथरनेट ...

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अधिक उदाहरण: en.wikipedia.org/wiki/Differential_signaling#Examples

— starblue

Answer 7

लेकिन, अंतर डेटा के साथ भी, ऐसे समय होते हैं जब USB में सिंगल-एंडेड सिग्नलिंग का उपयोग किया जाता है: एंड-ऑफ-पैकेट सिंगल-एंड-शून्य (SE0) के साथ संकेतित होता है, अर्थात्, D + और D- दोनों निम्न अवस्था में । यह अवस्था 2 बिट्स के समय तक रहती है। यदि SE0 10ms से अधिक समय तक रहता है तो इसका मतलब बस रीसेट है।

यह एकल-समाप्त सिग्नलिंग यूएसबी को विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप के प्रति काफी संवेदनशील बनाता है, जैसे कि मैंने हाल ही में पाया था जब एक हेयर ड्रायर मोटर पास के यूएसबी परिधीय में बहुत सारे डिस्कनेक्ट कर रहा था। और कोई भी सामान्य-मोड फ़िल्टर प्रभावी रूप से उपयोग नहीं किए जा सकते हैं क्योंकि ये SE0 सिग्नल को नीचा दिखा सकते हैं ... एक और अच्छी तरह से कल्पना की गई मानक ...

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कुछ शर्तों के लिए एकल-समाप्ति सिग्नलिंग का उपयोग करना, जिनके लिए सटीक समय की आवश्यकता नहीं है (जैसे बस रीसेट के लिए इसका उपयोग करना बिल्कुल ठीक विचार जैसा लगता है)। दो-बार-एसई 0 का उपयोग करना थोड़ा तेज लगता है, हालांकि; यदि वे एक-बार SE0 देखते हैं, तो रिसीवर को क्या करना चाहिए? ट्रांसमीटर के पास तीन-बिट-एसई 0 भेजते हैं और कम से कम दो के लिए रिसीवर लुक बहुत बेहतर लगता है।

— सुपरकैट

Answer 8

परे तर्क यूएसबी कल्पना के बिजली के भाग के आवश्यक अंक का अवलोकन किया है यहाँ (यह भी पीडीएफ प्रारूप में यहाँ ):

... USB डेटा के लिए एक अंतर संचरण जोड़ी का उपयोग करता है। यह NRZI का उपयोग कर एन्कोड किया गया है और डेटा स्ट्रीम में पर्याप्त बदलाव सुनिश्चित करने के लिए थोड़ा भरा हुआ है।

...

रिसीवर एक डिफरेंशियल '1' को D- 200mV से ज्यादा और D- 200mV से D + से कम के डिफरेंशियल के रूप में परिभाषित करता है। सिग्नल की ध्रुवीयता बस की गति के आधार पर उल्टा है।

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हम अतिरिक्त के रूप में लिंक की सराहना करते हैं, लेकिन यदि लिंक मर जाते हैं तो आपका जवाब बेकार हो जाता है। क्या आप यहाँ एक सारांश दे सकते हैं?

— स्टीवनव सिप

जोड़े गए सारांश के कारण यह बहुत बेहतर जवाब है - ऐसा करने के लिए धन्यवाद - लेकिन आपको प्लेगिज्म से बचने के लिए सावधान रहने की भी आवश्यकता है। आपके पहले पैराग्राफ की सामग्री कॉपीराइट है।

— केविन वर्मेयर

@KevinVermeer: ​​उद्धरण साहित्यिक चोरी या कॉपीराइट उल्लंघन नहीं हैं।

— एंडोलिथ

@endolith - अटेंशन के साथ, वे प्लेगरिज्म या कॉपीराइट उल्लंघन नहीं हैं। मैंने बेहतर एट्रिब्यूशन प्रदर्शित करने के लिए उत्तर संपादित किया है। पहले, कोई भी नहीं जानता होगा कि पैराग्राफ ज्यादातर एक उद्धरण था। अब यह स्पष्ट है। एक उद्धरण बनाते समय, ब्लॉक उद्धरण सुविधाओं का उपयोग करें।

— केविन वर्मेयर

@endolith: गुण साहित्यिक चोरी से बचाता है, लेकिन आरोपित उद्धरण अभी भी कॉपीराइट उल्लंघन हो सकते हैं।

— बेन वोइगट