Розуміння поточних вимог USB Inrush

Що стосується попереднього питання , я намагаюся зрозуміти вимоги USB 2.0 щодо струму напруги. Я розумію основну ідею, але кілька деталей досі мені незрозумілі. У специфікації зазначено, що:

Максимальне навантаження (CRPB), яке можна розмістити на нижньому кінці кабелю, становить 10 мкФ
паралельно 44 Ом. Ємність 10 мкФ являє собою будь-який обхідний конденсатор, безпосередньо підключений через лінії VBUS у функції, а також будь-які ємнісні ефекти, видимі через регулятор в пристрої. Опір 44 Ом являє собою навантаження на одиницю струму, що приймається пристроєм під час підключення.

Якщо в пристрої потрібно більше байпасної ємності, то пристрій повинен включати певну форму обмеження струму перенапруги VBUS таким чином, щоб він відповідав характеристикам вищезазначеного навантаження.

USB-IF також надає опис тесту струму напруги:

Струм напруги вимірюється протягом як мінімум 100 мілісекунд після приєднання. Прикріплення визначено в момент, коли VBus і заземлені штифти штепсельної вилки з гніздом.
Будь-який струм, що перевищує 100 мА протягом інтервалу 100 мс, вважається частиною поточного струму. Струм напруги ділиться на регіони. Область - це інтервал, де струм перевищує 100 мА до моменту, коли струм опуститься нижче 100 мА принаймні 100 мкс. Протягом 100 мс може бути декілька областей прориву. Пропуск / провал визначається регіоном, який має найвищий заряд.

Це явно, наскільки це зрозуміло, але він дає лише мінімальний час вимірювання, і він не чітко визначає, який алгоритм застосовується до регіонів, що працюють у заїзді, щоб вийти з рішенням пропуск / відмову. Я думаю, що ідея полягає в тому, що в регіонах, коли струм перевищує 100 мА, струм інтегрується для отримання загального заряду, переданого під час цього вікна, і загальний заряд не повинен бути більшим, ніж ви отримаєте з 10 мкФ // 44 Ω навантаження. За даними одного джерела , це було б 5V * 10 µF = 50 µC. Саме тут моє розуміння стає трохи хитким.

Щоб допомогти мені зрозуміти, я проаналізував таку схему :

$V_1/R_1$$V_1/(R_1 + R_2)$$(1/R_1 + 1/R_2)^{-1} C_1$

Загальна сума заряду, передана за час , становитиме$t$

У обмеженні, оскільки переходить до нуля, це спрощується до$R_1$

Я не розумію, що з 5 вольт від шини USB і встановленого навантаження 44 Ом завжди буде струм 5 В / 44 Ом = 114 мА, що перевищує межу 100 мА, описану в цитованому USB -IF тест, а також більше максимального навантаження на один блок (тобто 100 мА), дозволеного для функції USB з низькою потужністю (специфікація USB 2.0, розділ 7.2.1). У обмежувальному випадку R1 = 0 цей струм буде заряджати стільки ж заряду, скільки конденсатор (тобто 50 µC) в R2 * C1 = 440 мкс.

Отже, якщо ви все ще читаєте, питання полягає в тому, що саме це означає "[відповідати] характеристикам вищевказаного навантаження" (тобто 44 Ом паралельно 10 мкФ), і як впливає описаний USB-IF Поточний тест вирішує, скільки струму занадто багато?

Спасибі.

Відповідь: ніхто не знає.

Добре, хтось знає, але тест пропускного / відмовного проходу вважається власницькою інформацією, і те, як це визначається, не публікується USB-IF з причин, які їх мають знати. Я знаю, що це не дуже задоволена відповідь, але це проста істина.

Процитуйте сторінку тестів на електричну відповідність (текст червоним кольором, щоб ви знали, що вони навіть серйозніші за звичайний рівень серйозності USB-IF):

ПРИМІТКА. Деякі з наведених нижче схвалених тестових рішень використовують власні програми для оцінки якості сигналу та переривання поточних подій. Єдиним офіційним інструментом аналізу для засвідчення якості сигналу та струму напруги є USBET20, опублікований USB-IF. Будь ласка, не забудьте запустити якість захопленого сигналу та перенести поточні дані випробувань через USBET для офіційної оцінки вимірювання.

Тож вони прямо говорять, що ви не можете зробити визначення за допомогою самозахоплення форми хвилі або декількох функцій "Тест на прорив USB" осцилоскопів (я ніколи цього не бачив, тому я не повинен використовувати досить дорогі осцилоскопи), не вірно і єдиний спосіб відповідати токовому дотриманню, якщо USBSET20 каже, що ваш пристрій відповідає відповідності. Він вимагає введення даних у форматі .tsv / .csv та видаляє справедливість USB-відповідності (у форматі html).

На сторінці завантаження інструментів USB:

USBET20 (8 МБ, серпень 2016) - це окремий інструмент аналізу електричного сигналу для тестування на відповідність USB. USBET20 - це офіційний інструмент електричного аналізу відповідності, який виконує оцінки пропуску / відмови якості сигналу та передачі даних струму, знятих з осцилографа.

Щоб детальніше розібратися, вони лише підкажуть вам мінімальний час вимірювання, оскільки це все, що вам потрібно знати. Вам не потрібно знати, як робиться фактичне визначення пропуску / відмови, і справді вони не розповідають. USB-IF готовий повідомити, чи не відповідаєте ви, але вони нікому не повідомляють, як вони насправді визначають це (принаймні, для струму напруги).

Максимальне навантаження нижче за течією - це специфікація, що стосується пристрою верхнього ходу (хост-порту або концентратора), тобто під час проектування одного з таких, а НЕ периферійних, то цей концентратор або порт повинні бути в змозі протистояти максимальному навантаженню резистора 44 Ом і 10 мкФ конденсатор паралельно. І ви абсолютно правильні - це може притягнути до 25mA понад 100mA за граничних умов. Таким чином, пристрій вище за течією повинен бути в змозі обробляти таке навантаження ("ручка" означає, що не піддається більш ніж 330 мВ).

Однак якби ваша периферія була такою навантаженням, вона не пройшла б відповідність, оскільки вона затягне понад 100 мА в деякому (по суті всіх) можливому діапазоні напруги. Це навантаження цілком розуміється як найгірший сценарій проектування для пристроїв, що працюють вище, і використовується для їх тестування. Це не стосується тесту на відповідність периферійному струмовому струму.

Важливо те, що насправді це не течія. Йдеться про зарядку, тому ви вже начебто на правильному шляху з цим. Зокрема, мова йде про напругу відключення. Порт вгорі за течією на концентраторі повинен мати не менше 120 мкФ дуже низької ємності ШОЕ на своєму виході VBUS, шина живить периферійні пристрої.

Хост або концентратор, що подає вихідну напругу з найгіршим випадком (4,75 В), проходячи через роз'ємні роз'єми, найкоротший кабель, до ненапруженої концентраторі, яка також використовує роз'єми crappiest, тоді ця концентрація надає найвищий вхідний напруга VBUS на вихід VBUS / нижній перепад напруги (350мВ), напруга становитиме 4,4 В. Цей 4,4 В, підключений через розпусні роз'єми до шаленої периферії, може призвести до того, що він побачить справжню мінімальну напругу для пристрою малої потужності: 4,35 В. На сторінці 175 специфікації USB 2.0:

Давайте зробимо трохи математики. концентраційний вузол, що не працює, повинен мати 120 мкФ нижньої ємності. При 4,4 В * 120 мкФ це 528 мкЗ заряду. Підключений пристрій має 10 мкФ конденсатор. Якщо ви робите вигляд, що немає статичного навантаження або потужності, просто заряджений конденсатор на порту та незаряджений 10 мкФ на периферійному пристрої, заряд розподілятиметься не до тих пір, поки інший не заповниться, а поки напруга між ними не дорівнює. Заряд зберігається, тому точка, в якій напруги двох конденсаторів будуть дорівнювати одне одному, даючи стартовий заряд 528 мкС, становить приблизно 4,06 В. Або 40,6 мкЗ перенесено. Додайте в опір з'єднувач опору, і конденсатор нижньої течії навіть не зможе стягнути стільки заряду під час натиску.

Отже, буквально єдиним важливим фактором є те, що він не перевищує 10 мкФ. Тема насправді не є важливою річчю, її виснаженість ємності порта нижнього течії концентратора може бути вичерпана, не опускаючи більше 330 мВ під час перехідного періоду, перш ніж такі речі, як індуктивність кабелю, дадуть час фактичній потужності хоста. А 10 мкФ конденсатор - це найближче доступне значення, яке цього не зробить.

Також зауважте, що немає обмеження ємності. Ви можете мати 1F усієї керамічної ємності на пристрої нижче, доки ви розділили її на 10 мкФ секцій, і лише один з них підключиться при кріпленні. Після того, як пристрій підключено, ви повинні залишитися нижче будь-якого кроку 10 мкФ , але ви можете поступово «в Інтернеті» отримати більше ємності з кроком 10 мкФ. Вся справа в тому, щоб уникнути цього перехідного періоду.

Так, це означає, що периферійні пристрої малої потужності повинні не тільки працювати до 4,35 В, але й витримувати перехідний сигнал напруги 330 мВ, наприклад, коли до концентратора підключено щось нове. Це також означає, що теоретично, якщо ви підключили два пристрої в ПОВЕРНЕННІ в потрібний час, щоб вони були майже одночасними, ви могли б порушити роботу інших пристроїв на ненапруженому концентраторі. Я впевнений, що роботи зі своїми HPET будуть використовувати цей критичний недолік у нашій специфікації шини USB, щоб спричинити наше падіння.

Тепер, ймовірно, є інші найтонші аспекти, такі як ставки dI / dT або що-небудь ще. Хто точно знає, що включено в тест на пропуск. Зважаючи на те, що у них є цілий інсталятор 7,5 МБ для програми, яка виконує тест, його, ймовірно, можна припустити, що це не щось просте. Але майте на увазі, що ви намагаєтесь уникнути виснаження резервуарів конденсаторів вгорі за течією власною ємністю за течією, і це насправді все. Поки ви не станете виходити з ладу інших пристроїв через перехідну напругу, яку може спричинити ваша периферія, ви будете в порядку. І насправді, це просто доводить до збереження ємності, поміченої в кріпленні або інших змінах стану живлення, до 10 мкФ. Насправді було б краще спробувати менше, ніж 10 мкФ - це максимум. Я не ' не знаю, звідки почалася ідея про те, що абсолютний максимум повинен бути "стандартним" ємкостями, але хороші інженери знають краще, ніж піти на максимальну оцінку. Завжди недооцінювати. Мені подобається хороший конденсатор 4,7 мкФ. Якщо вам потрібно більше роз'єднання, все, що вам потрібно зробити, - це не підключати його безпосередньо до VBUS і обмежувати його на 100 мА розтягування, і ви золоті. Але вам дозволяється набагато перевищувати 100 мА - до тих пір, поки протягом одного регіону буде передано лише 40,6 мкС вартістю заряду.

Не турбуйтеся про струм напруги. Тест на струм напруги насправді не стосується струму замикання.

Тестування проривів визначено в оновленнях відповідності USB-IF, http://compliance.usb.org/index.asp?UpdateFile=Electrical&Format=Standard#45 .

Струм напруги вимірюється протягом як мінімум 100 мілісекунд після приєднання. Прикріплення визначено в момент, коли VBus і заземлені штирі штепсельної вилки з гніздом. Будь-який струм, що перевищує 100 мА протягом інтервалу 100 мс, вважається частиною поточного струму. Струм напруги ділиться на регіони. Область - це інтервал, де струм перевищує 100 мА до моменту, коли струм опуститься нижче 100 мА принаймні 100 мкс. Протягом 100 мс може бути декілька областей прориву. Пропуск / провал визначається регіоном, який має найвищий заряд.

Пропуск / відмова - 50 мкм або 5В х 10uF (@metacolin врахував дроп, але USB - ні).

Ви можете наблизити прорив, дивлячись на захоплення током сфери та обчисливши площу (i * dt) вище 100 мА для кожного регіону та перевірити найгірший регіон за 100 мс після приєднання.

USBET робить розрахунок на основі даних .csv.

Фактичний піковий струм сам по собі не має значення.

Це специфікація для USB концентратора або хост-адаптера. Модель Black box представляє типове навантаження для випробувань на перенапруження, однак для специфікації потрібна лише 1uF хв мінімальна кількість на периферійному пристрої, 10uF вважається навантаженням зі стандартним значенням. Оскільки конденсатори бувають різного типу з коефіцієнтом ШОЕ до 10 мОм, сплеск буде обмежений коефіцієнтом ШОЕ ковпачка і опором 1 або 1,5 м кабелю. Якщо кабель та роз'єми знехтувати або 0 Ом, теоретично це може бути сплеск 500А = 5 В / 0,01 Ом ШОЕ.

На практиці це буде набагато менше, але справа в тому, що Хост повинен мати можливість запобігти умовам, що перебувають під напругою, незалежно від ШОЕ цоколя.

Як це робити, залежить від дизайнера.

Тож ваше запитання ...

як описаний тест напруги струму напруги USB-IF визначає, скільки струму занадто багато?

Відповідь: Напруга хоста, що залишається в межах специфікації на напругу, щоб інші порти не бачили поза специфікацією, від гарячого сплеску струму гарячого плагіну. У цьому полягає мета цього тесту.

Крім того, якщо тест не побачить сплеску> 100mA при тесті чорної коробки, він може не виявити пристрій, що вставляється гаряче, з мінімальним навантаженням 1uF. Отже, очікується мінімальний сплеск очікуваного і не має максимального піку, але існує максимальна тривалість.