Чому USB має Vcc = 5V та високий = 3.3V?

Я думаю про те, щоб додати підтримку USB до мого пристрою за допомогою V-USB. З того, що я читав там і на інших сайтах, USB, здається, має лише 3,3 В як високий рівень на штифтах даних, тоді як напруга, що подається через USB, становить 5 В

Яка причина цього? Мені здається, це лише ускладнює справи, тому що мені потрібно працювати з декількома напругами на платі або повністю знижувати Vcc до 3,3 В.

Лінії передачі даних на низькошвидкісному USB мають диференціальну напругу сигналу наступної характеристики для передавача: -

На пристроях з низькою та повною швидкістю диференціальний "1" передається шляхом витягування D + понад 2,8 В з резистором 15 К Ом, витягнутим на землю, і D - під 0,3 В, з резистором 1,5 К Ом, виведеним на 3,6 В. З іншого боку, диференціальний "0" - D- більше 2,8 В і D + менше 0,3 В з тими ж відповідними резисторами, що піднімаються вгору.

А для приймача специфікація:

Приймач визначає диференціальний '1' як D + 200mV більше D-, а диференціальний '0' як D + 200mV менше, ніж D-.

Інформація, взята звідси, і зауважимо, що там, де написано 3V6, це фактично означає 3V3.

Для високошвидкісних USB-систем рівень напруги менше: -

Як ви, напевно, можете сказати, що логічні рівні передачі не мають нічого спільного ні з логічними системами 5V, ні з 3V3. Блок живлення - це лише звичайний блок живлення, який робить сумісність із системами 5В та 3V3 досить легкими.

Більш висока напруга дозволяє компенсувати падіння напруги до пристрою. Якщо USB був 3,3 В, то якщо у вас довгий кабель і погані роз'єми з 0,5 В краплі, то пристрій працюватиме лише на 2,8 В. Якщо напруга становить 5 В, у вас ще є 4,5 В для роботи, і цього достатньо для роботи регулятора напруги LDO.

Напруга 5 В на штифтах живлення - це лише джерело живлення для пристрою, який потребує живлення. У той час, коли був представлений USB, пристрої 5V та 3.3V були загальними, а метою було підтримка обох систем. Є (принаймні) дві переваги використання 5В як напруги живлення замість 3,3 В:

• Для пристроїв, які потребують більшої потужності (наприклад, зовнішній жорсткий диск), що використовують більш високу напругу при одному струмі живлення, дають більше енергії. Використання 3,3 В як напруги живлення та збільшення струму було б не однаково добре, оскільки для передачі знадобиться більш товстий провід.
• У випадку пристрою з низькою потужністю 3,3 В, набагато простіше, дешевше та ефективніше регулювати 3,3 В від 5 В, використовуючи простий LDO, ніж vica навпаки. Останньому знадобиться перетворювач посилення в режимі комутації, який є більш складним.

Прикладом для штифтів даних є також підтримка як пристроїв 3,3 В, так і 5 В максимально просто. Вхід / вихід 5В пристрою може бути розроблений для інтерпретації та виведення максимуму 3,3 В. як високий рівень. Старий стандарт TTL вже потребував лише 2,4 В на високому рівні, тому теоретично вони сумісні з 3.3 В (як вхід).

На противагу цьому, якщо шину даних було б обрано для роботи на 5В рівнях, це призведе до проблем для пристроїв 3.3V. Хоча вхід може бути легко стійким до 5В, на виході не можна виводити 5В за допомогою однієї напруги живлення. Для цього потрібен перемикач рівня (вбудований або зовнішній) і обидва напруги живлення. Це взагалі складніше, ніж попереднє, особливо на двонаправленій шині, як USB.

Основним фактором при визначенні рівнів напруги для диференціальної шини є споживання електроенергії. Чим вище напруга / бітова швидкість, тим вище споживання електроенергії (це має бути очевидним для читача). Зокрема, енергоспоживання посилюється, коли у вас є сигнали дуже високої швидкості або кілька точок навантаження. Якщо ви думаєте про ту саму проблему в іншому напрямку, досягти більш високого рівня напруги буде важче з точки зору водія, таким чином обмежте швидкість передачі. Поточний режим керування (що забезпечує швидкість), використовуваний у багатьох сучасних шинах, включений USB, дозволяє знижувати напругу в лініях передачі даних.

З іншого боку, відбиття або сигналізація недосконалості призведе до перевищення / недоліки. Якщо у вас вже є внутрішньо висока напруга на шині, накладені (і більш високі потужності) перехідні процеси можуть не допустити пристрій. Ця влада також йде марно. Крайній випадок цього явища - це коли ви відключаєте антену від радіочастотного передавача. Якщо у вас є достатня потужність у передавачі, ви поставите під загрозу радіо. Ви можете взяти до уваги й інші фактори, наприклад EMI. Як щодо тепла, що розсіюється при припиненні? Для даного Z0 більше волату, більше тепла.

Ось чому низько / повношвидкісний USB використовує 3.3V, USB 2.0, а пізніше використовує ще нижчі 800 / 400mv. Зазвичай ми хочемо застосувати найнижчу напругу, що має сенс для конкретного інтерфейсу. Нагадаємо, що багато високошвидкісних інтерфейсів (наприклад, ethernet, can, hdmi, pci, lvds та багато інших) використовують сигнали низької напруги в одному рівні.

Іншою причиною може бути впевненість у правильності роботи з'єднання. Більший діапазон є більш потужним проти шуму (Тому що для зміни стану біта потрібен шум з більшою напругою).