Estoy pensando en agregar soporte USB a un dispositivo mío mediante V-USB. Por lo que leí allí y en otros sitios, el USB parece tener solo 3.3V como nivel alto en los pines de datos, mientras que el voltaje suministrado por USB es de 5V.
¿Cuál es la razón detrás de eso? Para mí, parece que solo complica las cosas, ya que de esa forma necesito trabajar con múltiples voltajes en la placa o bajar completamente la Vcc a 3.3V.
Las líneas de datos en el USB de baja velocidad tienen un voltaje de señal diferencial de las siguientes características para el transmisor: -
En los dispositivos de velocidad baja y completa, se transmite un '1' diferencial por tirando D + sobre 2.8V con una resistencia de 15K ohmios tirada a tierra y D- por debajo de 0.3 V con una resistencia de 1.5K ohmios a 3.6V. Un diferencial '0' por otro lado es una D mayor que 2.8V y una D + menor que 0.3V con las mismas resistencias de bajada / subida apropiadas.
Yparaelreceptorlaespecificaciónes:-
Elreceptordefineun'1'diferencialcomoD+200mVmayorqueD- yun'0'diferencialcomoD+200mVmenorqueD-.
Informacióntomadade
Para sistemas USB de alta velocidad, los niveles de voltaje son más pequeños: -
Como probablemente pueda decir, los niveles lógicos de transmisión no tienen nada que ver con los sistemas lógicos 5V o 3V3. La alimentación de energía es solo una alimentación de corriente regular que hace que la compatibilidad con los sistemas de 5 V y 3 V3 sea bastante fácil.
La mayor tensión permite compensar la caída de tensión en el dispositivo. Si el USB fue de 3.3v, entonces si tenía un cable largo y conectores defectuosos con 0.5v de caída, entonces el dispositivo solo funcionará a 2.8v. Si el voltaje es de 5v, todavía tiene que trabajar con 4.5v y eso es suficiente para ejecutar un regulador de voltaje LDO.
El voltaje de 5 V en los pines de alimentación es solo una fuente de alimentación para un dispositivo que necesita energía. En el momento en que se introdujo el USB, los dispositivos de 5 V y 3,3 V eran comunes y el objetivo era admitir ambos sistemas. Hay (al menos) dos ventajas de usar 5V como voltaje de alimentación en lugar de 3.3V:
El caso de los pines de datos también es para admitir dispositivos tanto de 3.3V como de 5V de la forma más simple posible. La entrada / salida de un dispositivo de 5 V se puede diseñar para interpretar y generar 3.3 V máx. como nivel alto El estándar TTL de décadas ya requería solo 2.4V como nivel alto, por lo que en teoría son compatibles con 3.3V (como entrada).
En contraste, si el bus de datos fuera elegido para operar en niveles de 5V, causaría problemas para los dispositivos de 3.3V. Aunque una entrada puede ser fácilmente tolerante a 5V, en una salida no es posible emitir 5V utilizando una tensión de alimentación única. Requiere un cambio de nivel (incorporado o externo) y ambos voltajes de alimentación. Por supuesto, es más complicado que el anterior, especialmente en el bus bidireccional como el USB.
La otra razón puede ser la confianza de que la conexión funcione correctamente. Un mayor rango es más potente contra el ruido (porque necesita ruido con mayor voltaje para cambiar el estado de los bits).
Un factor primario al determinar los niveles de voltaje para un bus diferencial es el consumo de energía. Cuanto mayor sea el voltaje / tasa de bits, mayor será el consumo de energía (esto debería ser obvio para el lector). En particular, el consumo de energía se amplifica cuando tiene señales de muy alta velocidad o múltiples puntos de carga. Si piensa en el mismo problema en la otra dirección, será más difícil lograr un nivel de voltaje más alto desde la perspectiva del conductor, lo que limitará la velocidad de transmisión. El modo de conducción actual (que garantiza la velocidad) utilizado en muchos buses modernos, incluido el USB, permite variaciones de voltaje más bajas en las líneas de datos.
En otra nota, las reflexiones o las imperfecciones de la señalización darán como resultado un sobregiro. Si ya tiene un voltaje intrínsecamente alto en el bus, es posible que el dispositivo no tolere los transitorios superpuestos (y de mayor potencia). Ese poder también va en vano. El caso extremo de este fenómeno es cuando desconecta la antena de un transmisor de RF. Si tiene suficiente potencia en el transmisor, pondrá en peligro la radio. También puede tomar en consideración otros factores, como EMI. ¿Qué tal el calor disipado en la terminación? Para un Z0 dado, más volatilidad, más calor.
Es por eso que el USB de velocidad baja / completa usa 3.3V, USB 2.0 y más tarde usa los 800 / 400mv incluso más bajos. Por lo general, queremos aplicar el voltaje más bajo que tenga sentido para la interfaz específica. Recuerde que muchas interfaces de alta velocidad (como ethernet, can, hdmi, pci, lvds y muchas más) utilizan señales de bajo voltaje en el mismo nivel.