1N4148 no da una caída de voltaje correcta

En realidad, suena como si estuvieras recibiendo lo que debes. La caída de voltaje a través de un diodo es una función no lineal de la corriente. No es una fuente de voltaje fijo, pero está alrededor de 600-700 mV para la mayoría de las corrientes normales. Si la única carga a través del diodo es un voltímetro, que está diseñado para generar la menor cantidad de corriente posible, puede parecer que la caída es de solo 200 mV o menos. Está viendo una caída de 420 mV, lo que es ciertamente plausible para algunas pequeñas cantidades de corriente.

El problema básico es que está intentando usar un diodo de polarización directa como fuente de voltaje fijo. Eso funciona en algunos casos cuando la situación es suficientemente conocida o controlada, pero esta no es la mejor manera de lograr lo que desea. Lo que sí quieres es un regulador lineal. Hay muchos para elegir, pero algo como la versión 3.3 V del MCP1700 es un chip barato que suministraría unos 100 mA y debería funcionar para su caso.

Otro problema es que su voltaje USB es alto. No recuerdo el rango completo exacto de voltaje USB válido como puede ser visto por un dispositivo, pero 5.42 V suena fuera de especificaciones. Aún así, la mayoría de los reguladores lineales fijos de 3.3 V, incluido el MCP 1700, estarán bien con eso.

Ha colocado el diodo de manera incorrecta (si el cable rojo es VCC y el negro es GND). Con su diagrama no está consumiendo ninguna corriente, por lo tanto, el diodo en realidad no tendrá una caída de voltaje, así que asumo que su diagrama de conexión está un poco equivocado.

El cátodo (línea en el diodo) debe colocarse hacia el suelo, con el lado del ánodo en VCC. Estos diodos también vienen con diferentes calidades dependiendo de dónde los compre. Creo que la caída de voltaje que se ve es en realidad una fuga a través de la dirección de "bloqueo" del diodo, y no en absoluto lo que todos los demás están respondiendo.

También puede probar la configuración de su multímetro a diodo, conectar los cables al ánodo y al cátodo, obteniendo una medida de cuán grande es la caída de voltaje sobre el diodo.

En la página 4 de la hoja de datos hay un gráfico, la Figura 3, que muestra la relación entre la caída de voltaje, la corriente y la temperatura. Muestra que podría haber un rango bastante amplio de caída de voltaje dependiendo de esos factores, y una caída de 0.42v no está fuera de lo que se especifica en la pieza.

Otra cosa que muestra el gráfico es dos líneas, una para "típico" y otra para "máximo". Así que incluso a la misma corriente y temperatura, podría haber alguna variación de parte a parte.

En resumen, la caída de tensión directa variará y no se puede confiar en que sea un valor constante.

La caída de tensión directa para una corriente de carga dada se puede calcular con precisión usando la ecuación del diodo Shockley. Esto puede ser tedioso y monótono, así que tenga en cuenta lo siguiente.

El voltaje de la rodilla de un diodo de silicio es suave: a corrientes de carga muy ligeras, la caída hacia adelante es menor que a la corriente nominal del dispositivo. Si observa las curvas en la página 4 de la hoja de datos, puede ver que los diodos son suaves por debajo de 100 mA o algo así.

Yo diría que su aplicación está usando mucho menos de 100 mA, por lo que está en la región suave, por lo tanto, la caída es más baja que su expectativa.     

Dado que no está consumiendo ninguna corriente, la caída de voltaje será ~ 0. Mire la característica de corriente / voltaje de un diodo.

No obtendrás ninguna caída de voltaje hasta que consumas algo de corriente. Coloque una resistencia en los cables donde mida el voltaje y vea cuál es el resultado.