कई Decoupling Capacitors के साथ USB संचालित डिवाइस

Question

मेरे पास कई आईसी के साथ एक USB संचालित डिवाइस है। मैंने जो पढ़ा है वह प्रत्येक व्यक्ति आईसी को डिकूप करने के लिए कई रेंज कैपेसिटर के संयोजन का उपयोग करने के लिए मानक अभ्यास है, सबसे छोटा संभव के रूप में करीब और बड़े कैपेसिटर बहुत दूर नहीं।

हालाँकि, मैं एक दुविधा में हूँ:

इस स्रोत के अनुसार , USB डिवाइस के लिए अधिकतम अनुमत डिकॉप्लिंग कैपेसिटी 10uF है। कई IC के सभी में 0.1uF और 2.2uF / 4.7uF के डिकूपिंग कैपेसिटर के संयोजन के साथ, मैं आसानी से इस सीमा को पार कर रहा हूं क्योंकि वे सभी समानांतर में हैं।

एकमात्र उपाय जो मैं सोच सकता हूं, वह है बड़े डिकूपिंग कैपेसिटर को कम करना / समाप्त करना और / या प्रत्येक आईसी के करीब छोटे डिकॉप्लिंग कैपेसिटर को रखते हुए एक साथ कुछ आईसी के बड़े डिकूपिंग कैपेसिटर को एक साथ जोड़ने की कोशिश करना।

मेरे दिमाग में इन समाधानों में से कोई भी आदर्श नहीं लगता है। एक USB संचालित डिवाइस पर कई IC के लिए अनुशंसित डिकम्पलिंग लेआउट क्या है?

सभी आईसी के उपयोग के सैद्धांतिक बिजली की खपत अभी भी उस सीमा से नीचे है जो यूएसबी 2.0 के माध्यम से आपूर्ति की जा सकती है।

Comments

(आमतौर पर) 100 एन सी अपेक्षाकृत बड़ी, छोटी अवधि के वर्तमान स्पाइक्स के लिए होता है जो चिप के करीब स्रोत से आपूर्ति की जानी चाहिए। > 1uF मान C का अधिक बोर्ड-व्यापी कार्य है। जब आप कहते हैं कि 100nF C के 50 में से 50 मैं केवल 1 यूएफ एक छोड़ दूंगा। आवश्यक बोर्ड-व्यापी क्षमता पहले से ही 100nF C की चीनी भीड़ द्वारा आपूर्ति की जाती है।

— वॉटर वैन ओइजेन

कुछ आपके प्रश्न से संबंधित हैं, लेकिन कुछ को ध्यान में रखना है यदि आप बड़े कैपेसिटर का उपयोग कर रहे हैं: यूएसबी में न केवल एक चालू सीमा है, बल्कि यह भी है कि एक डिवाइस VBUS पर 5V कितनी देर तक पेश कर सकती है, क्योंकि यह मेजबान द्वारा बंद कर दिया गया है। । शायद किसी को एक सटीक संदर्भ पता है?

— ARF

@ARF यह एक नेक्रो-पोस्ट का एक सा है, लेकिन मैंने USB2 युक्ति में निम्नलिखित पाया: "जब VBUS को हटा दिया जाता है, तो डिवाइस को D + / D- पुल-अप रोकनेवाला से 10 सेकंड के भीतर बिजली निकालनी होगी।" मुझे VBus से 5V निकालने की आवश्यकता याद नहीं है, लेकिन अगर यह है कि मेरे वर्तमान डिजाइन को प्रभावित करेगा। क्या यह वह युक्ति हो सकती है जिसके बारे में आप सोच रहे थे?

— जेसन__बेंस

मुझे इसके लिए बहुत देर हो चुकी है, लेकिन @Jason_L_Bens, क्या आपको जवाब मिला?

— टिम जेजर

Answer 1

जबकि वास्तव में आप क्या देख रहे हैं, मैंने इसे पूरा करने के लिए पावर-मैनेजमेंट IC का उपयोग किया है। उदाहरण के लिए, TPS2113APW । मैं इस विशिष्ट चिप को पसंद करता हूं क्योंकि यह मुझे दोहरे-संचालित उपकरणों को बनाने की अनुमति देता है जो कि दीवार-मस्सा या यूएसबी से संचालित हो सकते हैं, यदि यह उपलब्ध है तो स्वचालित रूप से दीवार-शक्ति को प्राथमिकता देता है।

यदि आपको दोहरे-संचालित की आवश्यकता नहीं है, तो आप MIC2545A जैसी किसी चीज़ का उपयोग कर सकते हैं

अंततः, बिजली-प्रबंधन आईसी (यानी आईसी आउटपुट के लिए झुका हुआ) के पीछे कोई भी समाई "USB द्वारा नहीं देखी जाती है"; बस "कैपेसिटेंस" को "आईसी (यानी आईसी इनपुट तक झुका हुआ) के सामने देखता है।"

आपको अभी भी करंट के बारे में चिंता करने की ज़रूरत है - "रेगुलेटर के माध्यम से दिखाई देने वाला कोई भी कैपेसिटिव इफेक्ट" स्पेक का हिस्सा है - लेकिन उन आईसी में वेरिएबल करंट लिमिट भी होती है। समानांतर प्रतिरोधों को समझें जिनकी आपको 100 mA सीमा और 500 mA सीमा (और वैकल्पिक रूप से n mA सीमा है यदि आप दीवार-शक्ति को सीमित करना चाहते हैं), और फिर विभिन्न सीमाओं को सक्षम करने के लिए प्रतिरोधों को छोटा करने के लिए FETs का उपयोग करें।

इन चिप्स के माध्यम से, मैंने कई सैकड़ों यूएफ के साथ पीसीबी को यूएसबी से जोड़ा है, और एक डीएमएम तेजी से वर्तमान अधिकतम सत्यापित करने के लिए सेट किया है कि कुर्की के दौरान दबाव 100 एमए से अधिक नहीं था।

Comments

मैंने अंततः NCP380LSN05AAT1G चिप के साथ जाने का फैसला किया। MIC2545A के समान लेकिन USB अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किया गया था।

— helloworld922

यदि आप इस दृष्टिकोण का पालन करते हैं, तो सुनिश्चित करें कि VBus की तरफ कम से कम 1 uF है। इस आवश्यकता को USB ऑन द गो के आगमन के साथ जोड़ा गया है, और यह काम करने के लिए अटैच डिटेक्शन प्रोटोकॉल के लिए आवश्यक है।

— ajs410

मैं इसे अपने डिवाइस (एनालॉग साइड) के सॉफ्ट-स्टार्ट भागों में उपयोग कर रहा हूं। मुख्य प्रोसेसर (कुल डिकूपिंग कैपेसिटेंस ~ 5uF, हालांकि इनमें से अधिकांश केवल UC से जमीन तक चलते हैं) सीधे USB को हुक किया जाता है और शेष कैप और IC नियामक के पीछे होते हैं।

— Helloworld922

Answer 2

एक यूएसबी डिवाइस जुड़ा होने पर 10uF से अधिक धारिता प्रस्तुत नहीं कर सकता है। यह जरूरी नहीं है कि आपके पास केवल 10uF के कैपेसिटर हो सकते हैं, इसका मतलब है कि आपको कनेक्शन पर 10uF चार्ज करने के लिए आवश्यक वर्तमान को सीमित करना होगा। USB विनिर्देश से:

अधिकतम लोड (CRPB) 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 को सीधे फ़ंक्शन में VBUS लाइनों से जुड़ा हुआ दिखाती है और डिवाइस में नियामक के माध्यम से दिखाई देने वाले किसी भी कैपेसिटिव प्रभाव को दर्शाती है। 44 Ω प्रतिरोध कनेक्ट के दौरान डिवाइस द्वारा खींची गई वर्तमान की एक इकाई लोड का प्रतिनिधित्व करता है।

इसके अलावा:

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

जैसा कि आप शायद जानते हैं, आपके डिवाइस को बिना किसी बातचीत के कनेक्शन पर 1 पावर यूनिट या 100 एमएआर खींचने की अनुमति है।

अगर मैं एक हाई पावर USB डिवाइस डिजाइन कर रहा था तो मैं:

A. 10uF आवश्यकता के साथ जियो, जैसे कि मैं एक स्विचिंग बिजली की आपूर्ति का उपयोग कर रहा हूं या यदि मेरा VDD uV होने जा रहा है

या

B. एक "सॉफ्ट स्टार्ट" सर्किट का उपयोग करें जैसे कि मेरे विशाल थोक संधारित्र के साथ श्रृंखला में 47 ओम अवरोधक। थोक संधारित्र में वोल्टेज को समझने के लिए एक तुलनित्र का उपयोग करें। जब वोल्टेज USB बस वोल्टेज के 100mV के भीतर होता है, तो तुलनित्र एक P-MOSFET को चालू करता है जो 47 ओम अवरोधक को छोटा करता है।

Comments

यदि आप 47 और ओमेगा के पार 100 एमए वोल्टेज लेते हैं; रोकनेवाला 100 mV के करीब भी नहीं आएगा, आपको 1 & ओमेगा की आवश्यकता होगी; रोकनेवाला फिर, लेकिन फिर आप एक नरम शुरुआत नहीं होगी। और हो सकता है कि आपको तुलनित्र और FET की आवश्यकता न हो, जैसे कि आप 5 V का उपयोग केवल LDO रेगुलेटर के लिए करेंगे।

— स्टीवनवह

मैंने कहा "100mV" और फिर मेरा सर्किट आरेख 500mV की तरह अधिक दिखाता है। वोल्टेज महत्वपूर्ण हिस्सा नहीं है, यह 100mA आवश्यकता के तहत रहने के लिए अधिक महत्वपूर्ण है जब बल्क कैप चार्ज हो रहा है। गलतफहमी के लिए खेद है।

— मार्टिन के

यह एक अच्छा विचार है, लेकिन मुझे लगता है कि वोल्टेज ड्रॉप महत्वपूर्ण है। यदि आप FET को तब स्विच करते हैं जब C2 जाने के लिए अभी भी 500 mV है, तब भी जिस तरह की वर्तमान पीक USB बस पहले स्थान पर नहीं देखना चाहती है। मैं उस opamp के लिए कुछ हिस्टैरिसीस भी जोड़ूंगा (यदि यह एक opamp है, तो यह नहीं कहता है)।

— स्टीवनवह

सभी अच्छे अंक। मैं इसे अपने स्वयं के समाधान के लिए एक प्रारंभिक बिंदु के रूप में मतलब था।

— मार्टिन के

FTDI ICs धारा 2.4.2 के लिए USB हार्डवेयर डिज़ाइन दिशानिर्देशों में एक उदाहरण है। एक माइक्रोकंट्रोलर सक्षम करें के साथ वर्तमान में बनाम धारिता में पिन

— एंडोलिथ

Answer 3

100 nF वाले सबसे महत्वपूर्ण हैं। उन लोगों को जगह देना सुनिश्चित करें और जैसे आप कहते हैं कि पिनों के जितना करीब हो सके।

२.२ / ४, parallel / एफ समानांतर में जगह के लिए एक उच्च मूल्य है, और एक अच्छी तरह से विघटित बिजली की आपूर्ति में आवश्यक नहीं होना चाहिए। विशेष रूप से प्रत्येक आईसी पर नहीं। यहां बिजली की आपूर्ति कुछ दूरी पर होगी, और फिर कुछ stronglyF के संधारित्र की दृढ़ता से सिफारिश की जाती है। उच्चतम मूल्य का उपयोग करें जो आप अभी भी 100 एनएफ को घटाकर खर्च कर सकते हैं, और उस आईसी के करीब रखें जो सबसे अधिक करंट खींचेगा, जब तक कि यूएसबी पीसीबी में प्रवेश करने का दूसरा छोर नहीं होगा। फिर आपको समझौता करना होगा: यूएसबी कनेक्टर से पथ में, और सबसे बड़े वर्तमान उपभोक्ताओं से बहुत दूर नहीं।

Answer 4

"VBUS पिन भर में अधिकतम समाई" नियम कम पर्याप्त छोड़ने अन्य USB उपकरणों जब भी कोई नया USB डिवाइस प्लग किया गया है पुनर्स्थापित करने के लिए से VBUS वोल्टेज रखने के लिए करना है।

मैंने कुछ USB उपकरणों को देखा है जो चश्मा के भीतर करंट को चालू रखने के लिए केवल फेराइट बीड की आवश्यकता होती है। वे USB कनेक्टर के Vbus पिन से केवल 2 चीजों को जोड़ते हैं: 1uF न्यूनतम VBUS डिकॉप्लिंग समाई सीधे Vbus और GND पिन के USB कनेक्टर पर, और एक फेराइट बीड जो बाकी डिवाइस को बिजली की आपूर्ति करता है। इससे उन्हें उस फेराइट बीड के दूसरी तरफ 10 से अधिक यूएफ के शुद्ध समाई का उपयोग करने की अनुमति मिलती है।

यूएसबी-पावर्ड डिवाइसों के लिए मैंने जो वोल्टेज देखा है उनमें से अधिकांश में एक वोल्टेज रेगुलेटर है जो डिवाइस पर सभी चिप्स द्वारा उपयोग किए जाने वाले यूएसबी होस्ट से 4.45 वी से 5.25 वी के बीच परिवर्तित होता है। एक "सॉफ्ट स्टार्ट" सर्किट के साथ वोल्टेज रेगुलेटर का उपयोग करने से चश्मे में करंट चालू रहता है; यह डिज़ाइनर को 3.3 वी और जीएनडी के बीच - USB पक्ष पर किसी भी समस्या के बिना, समाई के आउटपुट पर किसी भी समाई को लगाने में सक्षम बनाता है।