Сколько вольт выдает usb выход компьютера? какое напряжение на usb выходе
Как видно из названия, какая мощность у USB-порта?
Это стандартное значение или оно может меняться в зависимости от производителя / модели и т. Д.?
Если это значение не является стандартным, как его определить?
Спецификации USB 1.x и 2.0 обеспечивают питание 5 В на одном проводе для питания подключенных USB-устройств.
Единичная нагрузка определяется как 100 мА в USB 2.0 и 150 мА в USB 3.0. Устройство может получать максимум 5 удельных нагрузок (500 мА) от порта в USB 2.0; 6 (900 мА) в USB 3.0.
Поскольку мощность равна текущему временному напряжению, все, что вам нужно сделать, это умножить 5 В на ток, который устройство потребляет из порта.
Обратите внимание, что существует также соглашение для зарядки устройств. Эти типы портов допускают токи до 1,5 А (также используя 5 В). Тем не менее, USB-порт рассчитан на то, чтобы выдерживать ток до 5 А, поэтому некоторые производители могут выйти за пределы спецификации и предложить более высокий максимальный ток.
На рынке есть USB-адаптеры питания с явным указанием «10W адаптер». Так как USB 5 В, 10 Вт дают 2 А = 2000 мА. В результате устройства, подключенные к этому адаптеру, заряжают батарею в 4 раза быстрее, чем через обычный USB-порт на 500 мА.
Я использовал бесплатное приложение «Battery Doctor», чтобы определить, какую силу тока предлагает USB-порт зарядки. Я намеренно использую слово « предложение» , поскольку каждое устройство имеет максимальную величину силы тока, которую оно будет принимать независимо от того, что предлагается.
Я обнаружил, что мой порт 3.0 на моем ноутбуке HP Envy, с молнией рядом, предлагает 1,5 А (1500 мА), в то время как 2,0 USB предлагает только 0,5 А (500 мА).
Хотя некоторые форумы заявляют, что приложение не может определить количество усилителей, предлагаемых устройству, приложение Battery Doctor четко и точно указывает предложенные усилители на моем ipad (хотя оно может отображаться только до максимального значения, разрешенного устройство — я не пробовал это). Я протестировал приложение с настенным зарядным устройством на 1.8 А и батареей на 2.1 А, и оба помечены на зарядном устройстве как таковые. Показания силы тока отображаются точно и сразу в приложении.
Питание, которое должно подаваться через порт USB, определено в разделе 7.2.1 Спецификаций USB 2.0.
Для начала подача мощности определяется в «единицах нагрузки». Для USB 2.0 одно устройство составляет 100 мА, а для USB 3.x одно устройство составляет 150 мА.
Стандарт USB определяет два класса портов USB: «порты повышенной мощности» и «порты низкой мощности»
Спецификация говорит, страница 171:
«Системы, которые получают рабочую мощность извне, переменного или постоянного тока, должны обеспечивать по меньшей мере пять нагрузок на каждый порт. Такие порты называются портами высокой мощности».
Итак, если у вас есть настольный ПК или ноутбук, подключенный к розетке переменного тока, каждый USB-порт ДОЛЖЕН подавать ток 500 или 900 мА. Обратите внимание на язык, «по крайней мере». Таким образом, это может быть больше, если только аппаратная поддержка ОПЦИИ не предусмотрена. Например, обычный настольный ПК в режиме ожидания получает энергию VBUS от шины + 5VSB своего блока питания, которая, по крайней мере, способна выдавать ток 2 А. Или больше, что указано в конкретном БП.
Например, если гаджет Raspberry Pi3 получает питание от адаптера AC-DC от настенного источника питания переменного тока, он должен подавать не менее 500 мА на каждый (из 4) портов. К сожалению, этого не происходит, и поэтому он не совместим с USB.
Однако, если USB-хост является узким устройством с питанием от батареи (например, MP3-плеером или смартфоном), производитель может объявить его «хостом с низким энергопотреблением», а порт USB может быть ограничен по конструкции для обеспечения 100/150. только мА. Этот лимит очень неудобен для клиентов и применяется редко.
Если система USB (хост или концентратор) объявлена как обычный хост, порты проверяются на соответствие спецификациям тестирования USB-IF с помощью специализированных тестеров портов USB . Тестер либо применяет нагрузку, равную 5 единицам, и проверяет, не превышает ли падение напряжения технические характеристики (запас 5% или 10%), либо применяет ступенчато увеличивающуюся нагрузку и определяет, в какой момент (опционально) отключается цепь максимального тока. над.
В домашних условиях можно проверить работоспособность порта, подсоединив большой резистор 10 Ом (или 5,5 Ом, если USB 3.x) к отсоединенному кабелю. Или используя специальную переменную нагрузку, найденную в e-Bay.
Читайте также: Как узнать состояние и здоровье жесткого диска, как посмотреть показания SMART (HDD, SSD) и оценить сколько времени прослужит диск
Требования к подаче питания от обычного USB-порта не следует путать с требованиями для USB-УСТРОЙСТВ: USB-устройства НЕ должны занимать более одной единицы нагрузки, пока хост не завершит перечисление устройства. USB-хосты должны отслеживать потребляемую мощность, заявленную подключенными устройствами. Во время перечисления хост считывает обязательные требования к электропитанию устройства в своем дескрипторе, и если хост считает, что его возможности электропитания максимальны, он может отказаться от соединения.
Энергетические параметры USB
Самым распространенным вариантом на сегодняшний день являются встроенные в компьютерную технику разъемы USB 2.0. Реже попадаются версии USB 1.1, с которых и началось широкое внедрение этого типа интерфейса в конце прошлого века. Более совершенный USB 2.0 начал применяться с 2000 года, начиная с 2008 года, увидел свет USB 3.0. Рассмотрим только энергетические параметры распространенных портов.
Порт USB версии 2.0, как и более новой версии 3.0, имеет специальные контакты, на которые выведено напряжение 5 В. Это напряжение обычно используется для питания подключаемых к компьютеру внешних устройств, управляемых через порт, а также как источник питания постоянного тока. Такой источник может питать USB-фонарик, небольшую аудиосистему или служить для зарядки аккумулятора мобильного телефона.
Однако энергетические возможности порта не безграничны. Стандартное значение тока, который он может обеспечить, составляет следующую величину. Для порта USB 2.0 выходной ток не может превышать значения 500 мА, для версии USB 3.0 – 900 мА. Когда возникает небольшая перегрузка, это приводит к просадке напряжения, что может вызвать сбой в работе подключаемого устройства. Если перегрузка увеличивается, напряжение уменьшается еще больше. При этом о работе устройства уже говорить не приходится, а сам порт может выйти из строя в результате сильного перегрева элементов схемы. Тем более, непоправимый вред может нанести короткое замыкание шин питания, которое вызовет перегорание защитных элементов порта.
Виды USB разъемов – основные отличия и особенности
Альтернативные способы подключения, такие как разъёмы USB, широко применяются для подключения современных устройств.
Это название довольно распространённое и с английского языка переводиться так – «универсальная последовательная шина».
Все USB разъёмы представлены тремя версиями.
Характерные особенности основных трёх версий USB разъёмов
Первая версия USB разъёмов (1.1). Её Характерной особенностью является очень маленькая скорость, при которой вся информация передаётся с большой задержкой.
Скорость передачи составляет 12 Мбит/с. Его основное предназначение – это применение для взаимосвязи устройств.
Вторая версия USB разъёмов (2.0).
Характеризуется скоростью передачи данных 480 Мбит/с. Это соответствует скорости в 48 Мбайт/с.
Основная часть всех современных технических приборов и устройств приспособлены к применению именно этой версии. Она наиболее популярна и известна, а поэтому пользуется спросом на рынке электротоваров. Правда по причине множества факторов настоящая скорость этого стандарта не бывает больше 30 – 33 Мбайт/с.
Так как последние выпуски жёстких дисков, к примеру, SSD, разработаны для чтения информации со значительно большей скоростью (почти в 4 раза), то эта версия стандарта задерживает действие новых моделей накопителей.
В этом виден основной недостаток свойств разъёмов USB 2.0. Но несмотря на это определённые устройства вполне совместимы с этой версией разъёмов: мышки, клавиатуры, сканеры и принтеры.
Третья версия USB (3.0).
Данная версия характеризуется скоростью передачи информации – 5 Гбит/с – что считается достаточно высоким показателем.
Такая скорость соответствует 500 Мбайт/с.
Это намного выше показателей скорости винчестеров последнего поколения (150 – 170 Мбайт/с).
Разъёмы USB 3.0 для их распознавания специально маркируются синим цветом.
Совместимость интерфейсов
Если рассмотреть вопрос совместимости устройств, которые имеют представленные выше разъёмы, то можно констатировать, что первая и вторая версии разъёмов USB могут быть заменимы между собою.
Определённое устройство, которое имеет соединение второй версии USB, а принимает соединение первой версии, может показать сообщение, в котором будет говориться о его возможности работать быстрее.
Потому что данная модель компьютера рассчитана на приём информации через вторую версию, скорость которой выше, чем первой.
То есть не будет использован весь потенциал скорости данного устройства. Современные устройства, которые имеют разъёмы второй версии, могут быть подключены к третьей версии USB, а использование третьей версии относительно второй исключается, кроме USB 3.0 типа А.
Дополнительные контакты создают условия для увеличения скорости интерфейса – это есть особенностью последних моделей кабелей и устройств, имеющих разъёмы третьей версии USB.
Питание USB разъёмов
Мощность, на которую рассчитаны подключаемые устройства с разъёмами USB, составляет 2,5 Вт, а также 4,5 Вт (для третьей версии).
Исходя из этого, разъёмам USB всех версий необходимо напряжение 5 В. Ток до 0,5 А, а для третьей версии – 0,9 А.
Контакты USB 3.0.
Такие устройства, как плееры, карты памяти, телефоны, флэшки (то есть устройства с маленькой мощностью) свободно могут подключаться с помощью таких разъёмов.
А технические средства, имеющие большую мощность, подключаются к внешней электрической сети.
Типы разъемов
Вторая и третья версии разъёмов различают по размерам: Mini USB (маленькие размеры), Micro USB (ещё меньшие размеры); а также по типам: А, В.
USB разъём 2.0 типа A.
Надежный разъем основной характеристикой которого является способность выдерживать не одно подключение, при этом, не теряя своей целостности.
Сечение разъёма имеет прямоугольную форму, что создаёт дополнительную защиту при подключении.
Его недостаток – это большой размер, а все современные устройства отличаются портативностью что и повлияло на разработку и выпуск разъёмов аналогичного типа, но меньшего размера.
USB 2.0 типа А был представлен в девяностых годах и на данный момент еще является наиболее используемым.
Его имеют значительная часть маломощных устройств: клавиатура, мышка, флэшка и другие.
USB разъём версии 2.0 типа В.
В основном его применение находим в стационарных устройствах имеющие большие размеры. К ним относятся сканеры, принтеры, реже ADSL-модемы.
Редко, но все же бывает, что кабеля такого типа продаются отдельно от самой техники, потому что они не входят в состав комплекта технического устройства. Поэтому проверяйте комплектацию устройств.
Разъёмы данного типа не такие востребованные, как разъёмы типа А.
Квадратная и трапециевидная форма присуща всем разъёмам типа В.
К ним относятся и Mini и Micro.
Особенность сечения разъёмов типа «В» заключается в их квадратной форме, что отличает его от других типов.
Разъёмы Mini USB второй версии типа B.
Название разъёма такого типа говорит о том, что оно имеет очень маленькие размеры. И это не удивительно, потому что современный рынок всё больше предлагает миниатюрные товары.
Благодаря использованию персональных винчестеров, кардридеров, плееров и других маленьких устройств, разъёмы USB Mini, относящиеся к типу B, получили большую популярность.
Следует отметить ненадёжность таких разъёмов. При частом использовании он расшатывается.
А вот применение моделей разъёмов USB Mini типа A крайне ограничено.
Кодирование данных
Для передачи данных по шине используется дифференциальный способ передачи сигналов D+ и D- по двум проводам. Все данные кодируются с помощью метода, называемого NRZI with bit stuffing (NRZI — Non Return to Zero Invert, метод возврата к нулю с инвертированием единиц).
Вместо кодирования логических уровней как уровней напряжения USB определяет логический 0 как изменение напряжения, а логическую 1 как неизменение напряжения. Этот метод представляет собой модификацию обычного потенциального метода кодирования NRZ (Non Return to Zero, невозврат к нулю), когда для представления 1 и 0 используются потенциалы двух уровней, но в методе NRZI потенциал, используемый для кодирования текущего бита, зависит от потенциала, который использовался для кодирования предыдущего бита. Если текущий бит имеет значение 0, то текущий потенциал представляет собой инверсию потенциала предыдущего бита, независимо от его значения. Если же текущий бит имеет значение 1, то текущий потенциал повторяет предыдущий. Очевидно, что если данные содержат нули, то приемнику и передатчику достаточно легко поддерживать синхронизацию — уровень сигнала будет постоянно меняться. А вот если данные содержат длинную последовательность единиц, то уровень сигнала меняться те будет, и возможна рассинхронизация. Следовательно, для надежной передачи данных нужно исключить из кодов слишком длинные последовательности единиц. Это действие называется стаффинг (Bit stuffing): после каждых шести единиц автоматически добавляется 0.
Существует только три возможных байта с шестью последовательными единицами: 00111111, 01111110, 111111100.
Стаффинг может увеличить число передаваемых бит до 17%, но на практике эта величина значительно меньше. Для устройств, подключаемых к шине USB, кодирование происходит прозрачно: USB-контроллеры производят кодирование и декодирование автоматически.
Основные сведения
Кабель USB состоит из 4 медных проводников — 2 проводника питания и 2 проводника данных в витой паре, и заземленной оплётки (экрана).
Кабели USB имеют физически разные наконечники «к устройству» и «к хосту». Возможна реализация USB устройства без кабеля, со встроеннымв корпус наконечником «к хосту». Возможно и неразъёмное встраивание кабеля в устройство(например, USB-клавиатура, Web-камера,USB-мышь), хотя стандарт запрещает это для устройств full и high speed.
Шина USB строго ориентирована, т. е. имеет понятие «главное устройство» (хост, он же USB контроллер, обычно встроен в микросхему южного моста на материнской плате) и «периферийные устройства».
Устройства могут получать питание +5 В от шины,но могути требовать внешний источник питания. Поддерживается и дежурный режим для устройств и разветвителей по команде с шинысо снятием основного питания при сохранении дежурного питания и включением по команде с шины.
USB поддерживает «горячее» подключение и отключение устройств. Это возможно благодаря увеличения длинны проводника заземляющего контакта по отношению к сигнальным.При подключенииразъёма USB первыми замыкаются заземляющие контакты, потенциалы корпусов двух устройств становятся равны и дальнейшее соединение сигнальных проводников не приводитк перенапряжениям, даже если устройства питаются от разных фаз силовой трёхфазной сети.
На логическом уровне устройство USB поддерживает транзакции приема и передачи данных. Каждый пакет каждой транзакции содержит в себе номер оконечной точки (endpoint) на устройстве.При подключении устройства драйверы в ядре ОС читают с устройства список оконечных точек и создают управляющие структуры данных для общения с каждой оконечной точкой устройства. Совокупность оконечной точки и структур данных в ядре ОС называется каналом (pipe).
Оконечные точки, а значит,и каналы, относятся к одному из 4 классов:
1) поточный (bulk),
2) управляющий (control),
3) изохронный (isoch),
4) прерывание (interrupt).
Низкоскоростные устройства, такие, как мышь, не могут иметь изохронные и поточные каналы.
Управляющий канал предназначен для обмена с устройством короткими пакетами «вопрос-ответ». Любое устройство имеет управляющий канал 0, который позволяет программному обеспечению ОС прочитать краткую информацию об устройстве,в том числе коды производителя и модели, используемые для выбора драйвера, и список других оконечных точек.
Канал прерывания позволяет доставлять короткие пакеты и в том, и в другом направлении, без получения на них ответа/подтверждения, но с гарантией времени доставки — пакет будет доставлен не позже, чем через N миллисекунд. Например, используется в устройствах ввода (клавиатуры, мыши или джойстики).
Изохронный канал позволяет доставлять пакеты без гарантии доставки и без ответов/подтверждений, но с гарантированной скоростью доставки в N пакетов на один период шины (1 КГц у lowи full speed, 8 КГцу high speed). Используется для передачи аудио- и видеоинформации.
Поточный канал дает гарантию доставки каждого пакета, поддерживает автоматическую приостановку передачи данных по нежеланию устройства (переполнение или опустошение буфера), но не дает гарантий скорости и задержки доставки. Используется, например, в принтерахи сканерах.
Время шины делится на периоды,в начале периода контроллер передает всей шине пакет «начало периода». Далее в течение периода передаются пакеты прерываний, потом изохронные в требуемом количестве, в оставшееся время в периоде передаются управляющие пакеты и в последнюю очередь поточные.
Активной стороной шины всегда является контроллер, передача пакета данных от устройствак контроллеру реализована как короткий вопрос контроллера и длинный, содержащий данные, ответ устройства. Расписание движения пакетов для каждого периода шины создается совместным усилием аппаратуры контроллера и ПО драйвера, для этого многие контроллеры используют Прямой доступ к памяти DMA (Direct Memory Access) — режим обмена данными между устройствами или же между устройством и основной памятью, без участия Центрального Процессора (ЦП). В результате скорость передачи увеличивается, так как данные не пересылаются в ЦП и обратно.
Размер пакета для оконечной точки есть вшитая в таблицу оконечных точек устройства константа, изменению не подлежит.Он выбирается разработчиком устройства из числа тех, что поддерживаются стандартом USB.
Внешняя защита USB от скачков напряжения или тока
Тут может сработать неожиданная защита в виде правильно подобранного кабеля питания: оригинального, либо наоборот, из проверенной пользователями линейки с максимально пропускаемым током до 3А.
В таком случае при кратковременном скачке по току есть небольшой шанс, что при отсутствии другой защиты кабель сработает предохранителем (кстати, более-менее приличные бренды сознательно ограничивают пропускную способность проводов).
Вариант не лучший, но достаточно надёжный. А вот дорогостоящие 100-ваттные провода без необходимости лучше не покупать — они отлично проводят высокие токи, губительные для компьютеров.
Впрочем, это не лучший вариант защиты. Другое дело — использование внешних хабов перед USB. Хаб сгорит — порт останется целым. Но непроверенные гаджеты так лучше не использовать.
Для них стоит использовать концентратор или док-станцию с внешним питанием: даже если проектировщик не выполнил гальваническую развязку элементов, цепи питания в них гарантированно изолированы.
Аналогично и в других достаточно продвинутых устройствах, например:
- внешние видеокарты и модули с видеовыходом,
- концентраторы с выключателями.
USB 2.0
Стандарт USB 2.0, получивший широкое распространение, был представлен в ноябре 1996 года.
Как и в случае спецификаций USB 1.0 и USB 1.1, в спецификации USB 2.0 для подключения периферийных устройств используется кабель, состоящий из двух пар проводов: одна витая пара проводов для приема и передачи данных, а другая — для питания периферийного устройства.
Напряжение питания по шине USB равно 5 В при силе тока до 500 мА. Этого, конечно, недостаточно для периферийных устройств со высоким энергопотреблением, например таких как принтеры. Поэтому они комплектуются собственными блоками питания, которые подключаются непосредственно к электрической розетке. Кабели USB ориентированы, то есть имеют физически разные наконечники «к устройству» (Тип B) и «к хосту» (Тип A). Возможна реализация USB устройства без кабеля, со встроенным в корпус наконечником «к хосту».
