USB समझ वर्तमान आवश्यकताओं

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पिछले प्रश्न के संबंध में , मैं करंट के लिए USB 2.0 आवश्यकताओं को समझने की कोशिश कर रहा हूं। मैं मूल विचार को समझता हूं, लेकिन कुछ विवरण अभी भी मेरे लिए स्पष्ट नहीं हैं। विनिर्देश राज्यों, भाग में, कि:

अधिकतम लोड (सीआरपीबी) जिसे एक केबल के डाउनस्ट्रीम छोर पर रखा जा सकता है,
44 μ के समानांतर 10 μF है । 10 μF समाई किसी भी बाईपास कैपेसिटर का प्रतिनिधित्व करती है जो फ़ंक्शन में VBUS लाइनों से सीधे जुड़ा होता है और डिवाइस में नियामक के माध्यम से दिखाई देने वाला कोई भी कैपेसिटिव प्रभाव होता है। 44 Ω प्रतिरोध कनेक्ट के दौरान डिवाइस द्वारा खींची गई वर्तमान की एक इकाई लोड का प्रतिनिधित्व करता है।

यदि डिवाइस में अधिक बाईपास कैपेसिटेंस की आवश्यकता होती है, तो डिवाइस को VBUS सर्ज वर्तमान सीमा के कुछ रूप को शामिल करना होगा, जैसे कि यह उपरोक्त भार की विशेषताओं से मेल खाता है।

यूएसबी- आईएफआर एक चालू वर्तमान परीक्षण का विवरण भी प्रदान करता है :

संलग्न करने के बाद कम से कम 100 मिली सेकेंड के लिए इन्रश करंट मापा जाता है। अटैच को इस समय परिभाषित किया जाता है कि रिसेप्शन के साथ प्लग मेट के VBus और ग्राउंड पिन।
100 एमएस अंतराल के दौरान 100 एमए से अधिक किसी भी वर्तमान को चालू वर्तमान घटना का हिस्सा माना जाता है। दबाव वर्तमान को क्षेत्रों में विभाजित किया गया है। एक क्षेत्र एक अंतराल है जहां वर्तमान 100 mA से अधिक हो जाता है जब तक कि वर्तमान कम से कम 100 val के लिए 100 mA से नीचे आता है। 100 एमएस अवधि के दौरान कई अलग-अलग क्षेत्र हो सकते हैं। पास / फेल सबसे अधिक शुल्क वाले क्षेत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है।

यह स्पष्ट है कि जहां तक यह जाता है, लेकिन यह केवल एक न्यूनतम माप समय देता है, और यह नहीं बताता है कि एल्गोरिथ्म क्या क्षेत्रों में लागू होता है पास / असफल निर्णय के साथ आने के लिए। मुझे लगता है कि विचार यह है कि क्षेत्रों के दौरान जब करंट 100 mA से अधिक होता है, तो इस विंडो के दौरान कुल चार्ज प्राप्त करने के लिए करंट को एकीकृत किया जाता है, और कुल चार्ज 10 uF // 44 के साथ आपको मिलने वाले से अधिक नहीं होना चाहिए। Ω भार। एक सूत्र के अनुसार , यह 5V * 10 50F = 50 thisC होगा। यहीं से मेरी समझ थोड़ी हिल जाती है।

समझने में मेरी मदद करने के लिए, मैंने निम्नलिखित सर्किट का विश्लेषण किया :

सर्किट

[R1 प्रतिरोध किसी विनिर्देशन का हिस्सा नहीं है, लेकिन मुझे गणित करने के लिए इसकी आवश्यकता है, और मैं इसे शून्य पर आवश्यकतानुसार जाने दे सकता हूं।] वर्तमान से शुरू होता है और तेजी से समय के साथ । $V_1/R_1$ $V_1/(R_1 + R_2)$ $(1/R_1 + 1/R_2)^{-1} C_1$

समय स्थानांतरित कुल प्रभार होगा $t$

क्यू (टी) = \frac{{वी}_{1}}{{आर}_{1} + {आर}_{2}} टी + \frac{{वी}_{1} {आर}_{2}^{2} सी}{({आर}_{1} + {आर}_{2})^{2}} {1 - \exp (\frac{- टी}{{सी}_{1}} (\frac{1}{{आर}_{1}} + \frac{1}{{आर}_{2}}))}

$Q(t) = \frac{V_1}{R_1 + R_2}t + \frac{V_1 R_2^2 C}{(R_1 + R_2)^2}\{1 - \exp(\frac{-t}{C_1}(\frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}) )\}$

की सीमा में शून्य पर जाने पर, यह सरल हो जाता है $R_1$

क्यू (टी) = \frac{{वी}_{1}}{{आर}_{2}} टी + {वी}_{1} सी

$Q(t) = \frac{V_1}{R_2} t + V_1 C$

एक हिस्सा मुझे समझ में नहीं आता है कि USB बस से 5 वोल्ट और निर्धारित 44 there भार के साथ, हमेशा 5V / 44 / = 114 mA करंट होगा, जो कि उद्धृत USB में वर्णित 100 mA सीमा से अधिक है -IF परीक्षण, और एक कम-शक्ति USB फ़ंक्शन (USB 2.0 कल्पना। खंड 7.2.1) के लिए अनुमत अधिकतम एक इकाई (यानी 100 mA) लोड से अधिक भी। R1 = 0 सीमित मामले में, यह करंट R2 * C1 = 440 .s में संधारित्र (यानी 50 )C) जितना चार्ज करेगा।

तो सवाल, अगर आप अभी भी पढ़ रहे हैं, तो इसका क्या मतलब है, ठीक है, "[मैच] उपरोक्त भार की विशेषताओं" (यानी 44 with 10 )F के समानांतर), और वर्णित यूएसबी-आईएफआरश कैसे करता है वर्तमान परीक्षण यह तय करता है कि वर्तमान कितना है?

धन्यवाद।

usb passive-networks

— डेविड
स्रोत

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USB लगभग निश्चित रूप से आपको 5V कभी नहीं देगा। आम तौर पर आपको VBus से लगभग 4.5V मिलता है, देना या लेना होता है। ऐसा लगता है कि दिशानिर्देश थोड़ा निराशावादी है और तार से 4.4V मानता है, इसलिए 44 ओम = 1 यूनिट लोड है।

— ajs410

@ ajs410: मैंने कभी ऐसा USB होस्ट नहीं देखा है जो 5.0 V के करीब न हो। युक्ति कहती है कि यह 4.4 से 5.25 V तक भिन्न हो सकती है, हालांकि, आपके डिवाइस को उस सीमा में किसी भी वोल्टेज के साथ काम करना पड़ता है।

— १

आप सही हैं कि यह कल्पना से वोल्टेज के साथ काम करना चाहिए, यह सिर्फ कई पीसी और यहां तक कि संचालित हब के साथ मेरा अनुभव है जो आपको आमतौर पर 4.5 वी मिलता है। मैं काफी आश्चर्यचकित था, क्योंकि मुझे लगा कि कम से कम हब 5V तार के नीचे से गुजरेंगे, लेकिन वास्तव में हब में पीसी से कम वोल्टेज थे।

— ajs410

@endolith 4.4V वोल्टेज के बारे में बात कर रहा है कि इसके बंदरगाहों पर एक अघोषित हब की अनुमति है, और आपको समायोजित करने के लिए एक अनपेक्षित परिधीय डिजाइन करने के लिए आवश्यक न्यूनतम न्यूनतम 4.35 वी है। USB होस्ट के लिए न्यूनतम वोल्टेज 4.75V है। एक बस चालित परिधीय नहीं है और अक्सर एक मेजबान बंदरगाह से सीधे जुड़ा नहीं होता है, इसलिए आप USB होस्ट पर जो वोल्टेज मापते हैं, वह इस चर्चा के लिए कम प्रासंगिक नहीं हो सकता है।

— मेटाकॉलिन

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जवाब है: कोई नहीं जानता।

ठीक है, किसी को पता है, लेकिन अशुभ पास / फेल टेस्ट को मालिकाना जानकारी माना जाता है और यह कैसे निर्धारित किया जाता है, यह यूएसबी-आईएफ द्वारा प्रकाशित नहीं किया गया है, ऐसे कारणों से जो उनके जानने के लिए हैं। मुझे पता है कि यह बहुत संतोषजनक जवाब नहीं है, लेकिन यह सरल सत्य है।

विद्युत अनुपालन परीक्षण पृष्ठ को उद्धृत करने के लिए (पाठ लाल रंग में है इसलिए आप जानते हैं कि वे USB-IF गंभीरता के सामान्य स्तर से अधिक गंभीर हैं):

नोट: निम्न अनुमोदित परीक्षण समाधानों में से कुछ सिग्नल की गुणवत्ता का आकलन करने के लिए मालिकाना सॉफ्टवेयर का उपयोग करते हैं और वर्तमान घटनाओं को रोकते हैं। सिग्नल की गुणवत्ता को प्रमाणित करने और चालू करने के लिए एकमात्र आधिकारिक विश्लेषण उपकरण USBET20 USB-IF द्वारा प्रकाशित है। माप के आधिकारिक मूल्यांकन के लिए USBET के माध्यम से कैप्चर सिग्नल गुणवत्ता और वर्तमान परीक्षण डेटा को चलाना सुनिश्चित करें।

तो वे स्पष्ट रूप से कह रहे हैं कि आप अकेले या कई ऑसीलोस्कोप '' यूएसबी क्रोस टेस्ट '' फ़ीचर कैप्चर का उपयोग करके दृढ़ संकल्प नहीं कर सकते हैं (मैंने इसे कभी नहीं देखा है, इसलिए मुझे महंगे पर्याप्त ऑसीलोस्कोप का उपयोग नहीं करना चाहिए) वैध नहीं और एकमात्र तरीका वर्तमान अनुपालन पूरा करें यदि USBSET20 कहता है कि आपका डिवाइस अनुपालन पूरा करता है। इसमें USB .tsv / .csv तरंग कैप्चर डेटा और USB अनुपालन न्याय (html प्रारूप में) को हटा देता है।

USB उपकरण डाउनलोड पृष्ठ से:

USBET20 (8MB, अगस्त 2016) USB अनुपालन परीक्षण के लिए एक स्टैंड-अलोन इलेक्ट्रिकल सिग्नल विश्लेषण उपकरण है। USBET20 आधिकारिक अनुपालन विद्युत विश्लेषण उपकरण है जो सिग्नल की गुणवत्ता पर पास / असफल मूल्यांकन करता है और एक आस्टसीलस्कप से पकड़े गए वर्तमान डेटा को अशुभ करता है।

आगे विस्तार करने के लिए, वे केवल आपको न्यूनतम माप समय बताते हैं क्योंकि आपको केवल इतना जानना है। आपको यह जानने की आवश्यकता नहीं है कि वास्तविक पास / असफल निर्धारण कैसे किया जाता है, और वास्तव में, वे नहीं बता रहे हैं। यदि आप अनुपालन में हैं तो USB-IF यह बताने के लिए तैयार है, लेकिन वे किसी को यह नहीं बता रहे हैं कि वे वास्तव में यह कैसे निर्धारित करते हैं (कम से कम inrush current)।

वह अधिकतम डाउनस्ट्रीम लोड एक अपस्ट्रीम डिवाइस (होस्ट पोर्ट या हब) के लिए प्रासंगिक विनिर्देश है, जिसका अर्थ है कि उन में से किसी एक को डिज़ाइन करना और परिधीय नहीं है, तो उस हब या पोर्ट को 44Ω रेसिस्टर और डाउनस्ट्रीम के अधिकतम डाउनस्ट्रीम लोड का सामना करने में सक्षम होना चाहिए। समानांतर में 10µF संधारित्र। और आप बिल्कुल सही हैं - यह सबसे चरम परिस्थितियों में 100mA की सीमा पर 25mA जितना हो सकता है। इस तरह, एक अपस्ट्रीम डिवाइस को इस तरह के लोड को संभालने में सक्षम होना चाहिए ("हैंडल" जिसका अर्थ है कि 330mV से अधिक ड्रोप नहीं होना चाहिए) जुड़ा हुआ है।

हालांकि, यदि आपका परिधीय ऐसा भार था, तो यह अनुपालन पारित नहीं करेगा क्योंकि यह संभावित वोल्टेज रेंज के कुछ (अनिवार्य रूप से सभी) पर 100mA से अधिक होगा। उस लोड का मतलब पूरी तरह से अपस्ट्रीम उपकरणों के लिए सबसे खराब स्थिति के रूप में है, और उनका परीक्षण करने के लिए उपयोग किया जाता है। यह एक परिधीय दबाव वर्तमान अनुपालन परीक्षण के लिए प्रासंगिक नहीं है।

जो प्रासंगिक है वह वास्तव में वर्तमान के बारे में नहीं है। यह चार्ज के बारे में है, इसलिए आप इसके साथ पहले से ही सही रास्ते पर हैं। विशेष रूप से, यह वोल्टेज ड्रॉप के बारे में है। एक हब पर अपस्ट्रीम पोर्ट के पास अपने आउटपुट VBUS, डाउनस्ट्रीम बाह्य उपकरणों को शक्ति देने वाले ESR समाई के 120USF से कम नहीं होना चाहिए।

एक होस्ट या संचालित हब सबसे खराब स्थिति आउटपुट वोल्टेज (4.75V) को उत्पन्न करता है, क्रैपीपेस्ट कनेक्टर्स से गुजरता है, क्रैपीपेस्ट केबल, एक अनपेक्षित हब के लिए जो क्रैपेपिएस्ट कनेक्टर का भी उपयोग करता है, फिर उस हब के आगे क्रैपेबल वीबीयूएस इनपुट वोल्टेज से वीबीयूएस आउटपुट होता है। / डाउनस्ट्रीम वोल्टेज ड्रॉप (350mV), वोल्टेज 4.4V होगा। कि 4.4V, भद्दे परिधीय के माध्यम से एक भद्दा परिधीय के माध्यम से जुड़ा हुआ है, यह कम-शक्ति डिवाइस के लिए वास्तविक निरपेक्ष न्यूनतम वोल्टेज को देखने का कारण बन सकता है: 4.35 वी। USB 2.0 युक्ति के पृष्ठ 175 से:

चलो कुछ गणित करते हैं। एक अपस्ट्रीम अपस्ट्रीम हब में 120µF डाउनस्ट्रीम कैपेसिटेंस होना चाहिए। 4.4V * 120 4.4F पर, यह 528VC चार्ज है। कनेक्ट किए गए डिवाइस में 10µF कैपेसिटर है। यदि आप दिखाते हैं कि कोई स्थिर भार या शक्ति नहीं है, तो बस पोर्ट पर एक संधारित्र संधारित्र है, और परिधीय में एक अपरिवर्तित 10 theF, चार्ज तब तक वितरित नहीं किया जाएगा जब तक कि अन्य भरा न हो, लेकिन जब तक कि उनके बीच वोल्टेज बराबर न हो। चार्ज संरक्षित किया जाता है, इसलिए जिस बिंदु पर दोनों कैपेसिटर वोल्टेज एक-दूसरे के बराबर होंगे, शुरुआती चार्ज का 528µC दिया जाता है, लगभग 4.06V है। या, 40.6µC स्थानांतरित किया गया। कनेक्टर प्रतिरोधों में जोड़ें, और डाउनस्ट्रीम संधारित्र भी आघात के दौरान उस चार्ज को आकर्षित करने में सक्षम नहीं होगा।

तो, शाब्दिक रूप से एकमात्र महत्वपूर्ण कारक यह 10 .F से अधिक नहीं है। वर्तमान में वास्तव में वह चीज नहीं है जो मायने रखती है, इसके कैसे हब के डाउनस्ट्रीम पोर्ट कैपेसिटेंस को क्षणिक के बिना 330mV से अधिक ड्रॉप किए बिना हटाया जा सकता है इससे पहले कि केबल इंडक्शन जैसी चीजें वास्तविक होस्ट पावर को पकड़ने के लिए समय दें। और 10 thatF संधारित्र निकटतम उपलब्ध मान है जो ऐसा नहीं करेगा।

यह भी ध्यान दें कि कोई समाई सीमा नहीं है। आपके पास एक डाउनस्ट्रीम डिवाइस पर सभी सिरेमिक कैपेसिटेंस का 1F हो सकता है, जब तक कि आप इसे 10µF वर्गों में विभाजित करते हैं, और केवल एक जो अटैचमेंट पर कनेक्ट होगा। एक बार डिवाइस संलग्न होने के बाद, आपको किसी भी 10 stepF कदम से नीचे रहना चाहिए , लेकिन आप 10mentsF वेतन वृद्धि में धीरे-धीरे "ऑनलाइन" अधिक कर सकते हैं। पूरा बिंदु उस क्षणिक से बच रहा है।

और हां, इसका मतलब है कि कम-शक्ति वाला परिधीय न केवल 4.35V तक काम करने वाला है, बल्कि 330mV वोल्टेज ड्रॉप क्षणिक का सामना भी करता है, जैसे कि जब कुछ नया हब से जुड़ा होता है। इसका मतलब यह भी है कि, सैद्धांतिक रूप से, यदि आपने JUST में दो उपकरणों को सही समय पर प्लग इन किया है, तो लगभग एक साथ होने के कारण, आप संभवतः अन्य उपकरणों के संचालन को अव्यवस्थित हब पर बाधित कर सकते हैं। मुझे यकीन है कि रोबोट, उनके एचपीईटी के साथ, हमारे पतन के बारे में लाने के लिए हमारे यूएसबी बस विनिर्देशन में इस महत्वपूर्ण दोष का फायदा उठाएंगे।

अब, शायद अन्य सूक्ष्म पहलू हैं जैसे कि dI / dT दरें या जो भी हो। कौन जानता है कि वास्तव में पास फेल टेस्ट में क्या शामिल है। यह देखते हुए कि उनके पास उस कार्यक्रम के लिए पूरे 7.5MB इंस्टॉलर है जो उस परीक्षण को करता है, शायद यह मान लेना सुरक्षित है कि यह कुछ सरल नहीं है। लेकिन बस ध्यान रखें कि आप अपने स्वयं के डाउनस्ट्रीम समाई के साथ अपस्ट्रीम कैपेसिटर जलाशयों को खत्म करने से बचने की कोशिश कर रहे हैं, और वास्तव में यह सब है। जब तक आप वोल्टेज के कारण अन्य उपकरणों को विफल करने का कारण नहीं बनते, तब तक आपका परिधीय संभावित रूप से कारण हो सकता है, आप ठीक रहेंगे। और वास्तव में, यह सिर्फ 10 itF के लिए संलग्न या अन्य बिजली राज्य परिवर्तनों पर देखी गई समाई रखने के लिए मात्रा है। वास्तव में इससे कम करने की कोशिश करना बेहतर होगा, 10 isF अधिकतम है। मैं डॉन' टी पता है कि यह विचार कहां से शुरू हुआ कि पूर्ण अधिकतम 'मानक' समाई होनी चाहिए, लेकिन अच्छे इंजीनियर अधिकतम रेटिंग के लिए जाने से बेहतर जानते हैं। हमेशा कमतर। मुझे एक अच्छा 4.7 likeF संधारित्र पसंद है। यदि आपको अधिक डीकोपिंग की आवश्यकता है, तो आपको बस इसे VBUS से सीधे कनेक्ट नहीं करना है और इसे 100mA सर्ज ड्रा तक सीमित करना है और आप सुनहरे हैं। लेकिन आपको 100mA से अधिक की अनुमति है - जब तक कि केवल 40.6 ofC का मूल्य एक क्षेत्र के दौरान स्थानांतरित न हो जाए।

दबाव वर्तमान के बारे में चिंता मत करो। Inrush वर्तमान परीक्षण वास्तव में inrush वर्तमान के बारे में नहीं है।

— metacollin
स्रोत

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USB- IF कंप्लायंस अपडेट, http://compliance.usb.org/index.asp?UpdateFile=Electrical&Format=Standard#45 में इन्रश टेस्टिंग निर्दिष्ट है ।

संलग्न करने के बाद कम से कम 100 मिली सेकेंड के लिए इन्रश करंट मापा जाता है। अटैच को उस समय परिभाषित किया जाता है जब रिसेप्शन के साथ प्लग मेट के VBus और ग्राउंड पिन होते हैं। 100 एमएस अंतराल के दौरान 100 एमए से अधिक के किसी भी वर्तमान को चालू वर्तमान घटना का हिस्सा माना जाता है। दबाव वर्तमान को क्षेत्रों में विभाजित किया गया है। एक क्षेत्र एक अंतराल है जहां वर्तमान 100 एमए से अधिक हो जाता है जब तक कि वर्तमान कम से कम 100 val के लिए 100 एमए से नीचे गिर जाता है। 100 ms अवधि के दौरान कई प्रादेशिक क्षेत्र हो सकते हैं। पास / फेल सबसे अधिक शुल्क वाले क्षेत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है।

पास / फेल 50 uC या 5V x 10uF (@metacolin ने अकाउंट ड्रॉप में लिया है लेकिन USB नहीं करता है)।

आप वर्तमान के एक दायरे पर कब्जा करने और प्रत्येक क्षेत्र के लिए 100 एमए से ऊपर के क्षेत्र (i * dt) की गणना करने के लिए अशुद्धि को अनुमानित कर सकते हैं और संलग्न होने के बाद 100 एमएस से अधिक खराब स्थिति वाले क्षेत्र की जांच कर सकते हैं।

USBET .csv डेटा के आधार पर गणना करता है।

वास्तविक शिखर अपने आप में प्रासंगिक नहीं है।

— जॉन स्मिथ
स्रोत

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यह USB हब या होस्ट एडाप्टर के लिए एक युक्ति है। ब्लैक बॉक्स मॉडल सर्ज टेस्टिंग के लिए एक प्रांतीय भार का प्रतिनिधित्व करता है, हालांकि परिधीय पर केवल 1uF मिनट की टोपी की आवश्यकता होती है, 10uF को मानक मूल्य भार माना जाता है। चूंकि कैपेसिटर ईएसआर के साथ सभी प्रकार में आते हैं, जैसे कि 10m sur कम सर्ज कैप के ESR और 1 या 1.5m केबल के प्रतिरोध से सीमित होगा। यदि केबल और कनेक्टर्स को उपेक्षित या 0 cable किया गया था, तो सिद्धांत रूप में यह 500A सर्ज = 5V / 0.01। ESR हो सकता है।

व्यवहार में, यह बहुत कम होगा, लेकिन मुद्दा यह है कि, मेजबान को कैप के ESR की परवाह किए बिना एक अंडर-वोल्टेज स्थिति को रोकने में सक्षम होना चाहिए।

यह कैसे करता है, डिजाइनर के लिए है।

तो आपका सवाल ...

वर्णित यूएसबी-इफ्रुश करंट टेस्ट कैसे तय करता है कि करंट कितना ज्यादा है?

उत्तर: वोल्टेज के लिए विनिर्देश के भीतर रहने वाले मेजबान वोल्टेज द्वारा, ताकि अन्य बंदरगाहों को एक गर्म प्लग-इनरश वर्तमान उछाल से सट्टेबाजी की स्थिति से बाहर न देखें। यही इस परीक्षण का आशय है।

इसके अलावा, यदि परीक्षण ब्लैक बॉक्स परीक्षण के साथ कोई उछाल> 100mA नहीं देखता है, तो यह न्यूनतम 1uF लोड के साथ गर्म-सम्मिलित डिवाइस का पता लगाने में विफल हो सकता है। तो एक न्यूनतम वृद्धि की उम्मीद है और अधिकतम चोटी नहीं है, लेकिन एक अधिकतम अवधि है।

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यह परिधीयों के लिए एक युक्ति है, मेजबान नहीं। परिधीयों के लिए अनुपालन चेकलिस्ट कहती है, "क्या डिवाइस 10rF से छोटे कैपेसिटर का उपयोग करके या सॉफ्ट-स्टार्ट सर्किट का उपयोग करके, या तो इनरश करंट को सीमित करता है, जैसे कि डिवाइस के गर्म होने पर 10µF से अधिक कैपेसिटेंस का चार्ज 100mA से अधिक नहीं होता है। खामियों को दूर? "

— एंडोलिथ