Aktywny hub USB.pdf

(364 KB) Pobierz

Aktywny hub USB - AVT-833

P R O J E K T Y

Aktywny hub USB

AVT−833

Przedstawiamy drugi

projekt zwi¹zany

z†nowoczesnym,

rekonfigurowalnym interfejsem

szeregowym - USB. Pierwszym

z†opracowanych w†naszym

laboratorium projektÛw by³a

ìkartaî düwiÍkowa USB (EP3/

99). W†tym numerze EP

prezentujemy konstrukcjÍ

bardzo waønego dla USB

urz¹dzenia - aktywnego huba

USB, dzieki ktÛremu moøna

bez trudu rozbudowaÊ

modu³y peryferyjne

komputera.

Zazwyczaj wspÛ³czeúnie pro-

dukowane komputery wyposaøone

s¹ w†tylko dwa z³¹cza USB. Juø

teraz ich liczba nie zawsze jest

wystarczaj¹ca, a†w†najbliøszej

przysz³oúci niezbÍdnym elemen-

tem wyposaøenia komputera sta-

nie siÍ kilka dodatkowych portÛw

tego typu. Organizacja transmisji

danych w†USB przewiduje moø-

liwoúÊ stosowania ìrozg³Íziaczyî,

ktÛre obs³ugiwane s¹ przez poje-

dynczy port wyøszego rzÍdu, da-

j¹c dostÍp do kilku (zazwyczaj 2

lub 4) dodatkowych, niezaleønych

strumieni danych.

Problem ten zosta³ szybko za-

uwaøony przez producentÛw pÛ³-

przewodnikÛw, w†zwi¹zku z†czym

na rynku pojawi³y siÍ wyspecja-

lizowane uk³ady scalonych hubÛw

USB.

Scalony Hub Atmela

Jednym z†pierwszych producen-

tÛw oferuj¹cym uk³ady scalone do

hubÛw USB by³ Atmel. W†ofercie

handlowej firmy znajduje siÍ kilka

uk³adÛw tego typu, ale najbardziej

Rys. 1. Schemat blokowy układu AT43312.

Elektronika Praktyczna 10/99

63

Aktywny hub USB

30565387.080.png

30565387.091.png

30565387.101.png

30565387.109.png

30565387.001.png

30565387.012.png

30565387.023.png

30565387.034.png

30565387.042.png

30565387.043.png

30565387.044.png

30565387.045.png

30565387.046.png

30565387.047.png

30565387.048.png

30565387.049.png

30565387.050.png

Aktywny hub USB

giemî huba jest

uk³ad US1. Wypro-

wadzenia wszyst-

kich transceiverÛw

DPx (ang. Data

Plus) i†DMx (ang.

Data Minus) do³¹-

czone s¹ bezpoúred-

nio do z³¹cz

USB1..4 oraz Zl2.

Wyjúcia steruj¹ce

w³¹czenie zasilania

w†poszczegÛlnych

kana³ach !PWRx po-

³¹czone s¹ z†we-

júciami ENA..D

uk³adu US2.

Jak ³atwo zauwa-

øyÊ, drugim bardzo

istotnym elementem urz¹dzenia

jest uk³ad MIC2527 firmy Micrel.

Jest to specjalizowany, czteroka-

na³owy klucz pr¹dowy ze zinteg-

rowanym czujnikiem przeci¹øenia

pr¹dowego, bezpiecznikiem ter-

micznym i†systemem zabezpiecze-

nia przed zbyt niskim napiÍciem

zasilania. OprÛcz elementÛw zwi¹-

zanych z†zabezpieczeniem struk-

tury uk³adu przed przegrzaniem

i†uszkodzeniem, we wnÍtrze

MIC2527 wbudowane s¹ takøe

A. Na rys. 5 znajduje siÍ

uproszczony schemat funkcjonal-

ny uk³adu MIC2527.

Zgodnie z†zaleceniami specyfi-

kacji standardu USB kaødy kana³

wyjúciowy huba powinien byÊ

przystosowany do dostarczenia do

urz¹dzenia wspÛ³pracuj¹cego pr¹-

du o†natÍøeniu do 500mA. Klucze

pr¹dowe wbudowane w†MIC2527

mog¹ byÊ jednoczeúnie obci¹øane

w†czterech kana³ach pr¹dem o†na-

tÍøeniu po 500mA, a†ich maksy-

malna rezystancja szeregowa nie

przekracza 200m

Rys. 2. Konfiguracja huba USB z lokalnym

zasilaniem.

interesuj¹cym w†naszym przypadku

okaza³ siÍ uk³ad AT43312. Integruje

on w†swoim wnÍtrzu ( rys. 1 ) cztery

porty downstream do pod³¹czenia

dowolnych urz¹dzeÒ USB, sterownik

zarz¹dzaj¹cy ich zasilaniem oraz

ustaleniem trybu pracy huba, syn-

tezer czÍstotliwoúci PLL oraz - co

oczywiste - jeden interfejs upstream ,

s³uø¹cy do po³¹czenia huba z†nad-

rzÍdnym komputerem. WewnÍtrzna

konstrukcja uk³adu AT43312 jest

zgodna z†zaleceniami USB 1.0 i†ko-

lejnymi, w†zwi¹zku

z†czym - podobnie jak

to by³o w†przypadku

cyfrowych g³oúnikÛw

z†uk³adem DS4201 (EP3/

99) - do³¹czenie huba

do komputera z†zainsta-

lowanym Windows 98

powoduje automatyczne

³adowanie niezbÍdnych

sterownikÛw.

Uk³ad AT43312 mo-

øe pracowaÊ w†trybie

zasilania z†linii USB lub

z†w³asnym zasilaniem

z†zewnÍtrznego zasila-

cza. Poniewaø cztery

urz¹dzenia USB mog¹

pobieraÊ pr¹d rzÍdu na-

wet kilku amper lep-

szym rozwi¹zaniem jest

zbudowanie samodziel-

nego huba z†w³asnym

zasilaniem. Konfiguracja

uk³adu AT43312 w†tym

trybie pracy widoczna

jest na rys. 2 .

. Bezpieczniki

nadpr¹dowe maj¹ histerezÍ, dziÍ-

ki ktÛrej ograniczaj¹ pr¹d wyjúcio-

wy dopiero po przekroczeniu na-

tÍøenia 1,6..2,2A (patrz rys. 6 ). Po

zadzia³aniu ogranicznika maksy-

malny pr¹d zwarciowy nie prze-

Opis uk³adu

Schemat elektrycz-

ny huba przedstawio-

no na rys. 3 . ìMÛz-

Rys. 3. Schemat elektryczny urządzenia.

64

Elektronika Praktyczna 10/99

cztery pompy ³adunkowe, ktÛre

wytwarzaj¹ wysokie napiÍcie do

zasilania bramek tranzystorÛw wy-

júciowych.

Schemat wnÍtrza uk³adu

MIC2527 znajduje siÍ na rys. 4 .

Jest to konstrukcja wykonana ca³-

kowicie w†oparciu o†tranzystory

unipolarne, co umoøliwi³o ograni-

czenie wartoúci pr¹du pobierane-

go przez uk³ad do zaledwie

220

30565387.051.png

30565387.052.png

30565387.053.png

30565387.054.png

30565387.055.png

30565387.056.png

30565387.057.png

30565387.058.png

30565387.059.png

30565387.060.png

30565387.061.png

30565387.062.png

30565387.063.png

30565387.064.png

30565387.065.png

30565387.066.png

30565387.067.png

30565387.068.png

30565387.069.png

30565387.070.png

30565387.071.png

30565387.072.png

30565387.073.png

30565387.074.png

30565387.075.png

30565387.076.png

30565387.077.png

30565387.078.png

30565387.079.png

30565387.081.png

30565387.082.png

30565387.083.png

30565387.084.png

Aktywny hub USB

Charakterystyka huba USB:

od strony komputera (hosta) widoczny jest ja−

ko urządzenie USB 12MHz (szybkie),

obsługuje do czterech, niezależnych urządzeń

USB 1,5MHz/12MHz (w dowolnej kombinacji),

prąd wyjściowy każdego kanału zasilania: do

1,0A,

całkowity prąd wyjściowy wszystkich czterech

kanałów: 1,0A,

automatyczne wykrywanie zwarcia obwodu za−

silającego,

optyczna sygnalizacja stanu każdej linii,

zasilanie: 10..15VDC/100mA (bez dołączo−

nych odbiorników)

wejúÊ USB1..4, w†zwi¹zku z†czym

moøna do niego do³¹czaÊ zarÛwno

urz¹dzenia szybkie, jak i†wolne

w†dowolnych kombinacjach.

Uk³ad US4 wraz z†elementami

towarzysz¹cymi (M1, C11..13, Zl1)

spe³nia rolÍ zasilacza huba, ktÛry

zasila takøe urz¹dzenia zewnÍtr-

zne.

Rys. 4. Schemat blokowy układu MIC2527.

Montaø i†uruchomienie

Modelowe urz¹dzenie zmonto-

wa³em na dwustronnej p³ytce dru-

kowanej, ktÛrej schemat montaøo-

wy znajduje siÍ na rys. 7 . Widok

mozaiki úcieøek obydwu warstw

p³ytki znajdziecie na wk³adce we-

wn¹trz numeru.

Ze wzglÍdu na stosunkowo s³a-

be upakowanie elementÛw montaø

moøna przeprowadziÊ w†sposÛb

ca³kowicie dowolny, przy czym

naleøy zwrÛciÊ uwagÍ na jakoúÊ

lutowania - zalecam, aby cyna

przep³ynÍ³a przez lutowane otwo-

ry na drug¹ stronÍ p³ytki. Naleøy

takøe zwrÛciÊ uwagÍ na fakt, øe

obudowa uk³adu US1 (AT43312)

ma 32 wyprowadzenia, w†zwi¹zku

z†czym mog¹ wyst¹piÊ trudnoúci

z†zakupem dla niego podstawek.

kracza 1,25A (rys. 6), dziÍki cze-

mu moc wydzielana w†strukturze

uk³adu nie jest zbyt duøa.

Fakt przeci¹øenia obwodu wy-

júciowego uk³adu US2 sygnalizuje

on niskim stanem na jednym

z†wyjúÊ FLGA..D. Wyjúcia te do-

³¹czone s¹ do wejúÊ czujnikÛw

przeci¹øeniowych US1 (!OVL1..4),

dziÍki czemu uk³ad US1 jest

informowany o†zwarciu na linii

wyjúciowej. Informacja ta jest is-

totna dla poprawnej pracy syste-

mu operacyjnego Windows 98.

Stan poprawnego dzia³ania kaø-

dej linii downstream sygnalizowa-

ny jest zapaleniem odpowiadaj¹-

cej mu diody LED (D1..4). W†przy-

padku wyst¹pienia zwarcia lub

braku moøliwoúci poprawnego

skonfigurowania (zalogowania siÍ

w†systemie) do³¹czonego urz¹dze-

nia diody przestaj¹ siÍ úwieciÊ,

pomimo wtyczki w³¹czonej

w†gniazdo USB.

Uk³ad US3 jest specjalizowa-

nym stabilizatorem, mog¹cym pra-

cowaÊ przy niewielkiej rÛønicy

napiÍÊ pomiÍdzy wejúciem i†wy-

júciem. Z†wyjúcia tego uk³adu za-

silany jest transceiver upstream

US1 (wyprowadzenia oznaczone

DP0, DM0). Do³¹czony do wypro-

wadzenia DP0 rezystor R6 ìpod-

ci¹gaî napiÍcie tej linii do ok. 3V,

co stanowi informacjÍ dla inter-

fejsu - hosta znajduj¹cego siÍ

w†PC, øe hub jest w†stanie obs³u-

giwaÊ szybkie transmisje USB.

Uk³ad AT43312 samoczynnie do-

stosowuje swoje nastawy do szyb-

koúci interfejsÛw do³¹czanych do

Rys. 5. Schemat funkcjonalny

układu MIC2527.

Elektronika Praktyczna 10/99

65

30565387.085.png

30565387.086.png

30565387.087.png

30565387.088.png

30565387.089.png

30565387.090.png

30565387.092.png

30565387.093.png

30565387.094.png

30565387.095.png

30565387.096.png

30565387.097.png

30565387.098.png

30565387.099.png

30565387.100.png

30565387.102.png

30565387.103.png

30565387.104.png

30565387.105.png

30565387.106.png

30565387.107.png

30565387.108.png

30565387.110.png

30565387.111.png

30565387.112.png

30565387.113.png

30565387.114.png

30565387.115.png

30565387.002.png

30565387.003.png

30565387.004.png

30565387.005.png

30565387.006.png

30565387.007.png

30565387.008.png

30565387.009.png

30565387.010.png

Aktywny hub USB

Rys. 6. Charakterystyki prądowe

wyjść układu MIC2527.

Rys. 7. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

R1, R2: 100

Stabilizator US4 wymaga zasto-

sowania przykrÍcanego radiatora

(wybrany z†katalogu Elfy). W†eg-

zemplarzu modelowym uk³ady

US2 i†US3 zamontowa³em na pod-

stawkach, lecz - ze wzglÍdu na

wydzielan¹ w†nich moc - lepiej

jest wlutowaÊ je bezpoúrednio

w†p³ytkÍ. Duøe powierzchnie úcie-

øek wokÛ³ tych uk³adÛw nieco

u³atwiaj¹ odprowadzenie co oto-

czenia zbÍdnego ciep³a.

Uruchomienie uk³adu wymaga

zastosowania zasilacza o†napiÍciu

wyjúciowym 10..15VDC lub

8..12VAC i†wydajnoúci pr¹dowej

minimum 1,2A oraz komputera PC

z†wbudowanym interfejsem USB.

Zalecanym systemem operacyjnym

jest Windows 98 lub Windows

2000. NiezbÍdnym dodatkiem jest

oczywiúcie minimum para kabli

USB (USB-A/USB-B - rys. 8 ) oraz

urz¹dzenie USB (klawiatura, mysz,

karta düwiÍkowa - patrz EP3/99,

skaner, modem, itp.).

Rozpoczynamy od do³¹czenia

zasilania do huba i†pod³¹czenia

go do dowolnego portu USB w†PC.

System operacyjny samoczynnie

wykryje nowe urz¹dzenie (czasa-

mi niezbÍdny bÍdzie restart sys-

temu) i†dobierze do niego nie-

zbÍdne sterowniki. Procedura jest

na tyle prosta (prawdziwe PnP!),

øe nie bÍdÍ jej szczegÛ³owo opi-

sywa³. Po zainstalowaniu sterow-

nikÛw do dowolnego z†portÛw

USB1..4 do³¹czamy urz¹dzenie

USB, ktÛre - zapewniam - jest

natychmiast widoczne w†systemie.

Pomimo wielu usilnych prÛb

nie uda³o mi siÍ powtÛrzyÊ sen-

sacyjnego ìsukcesuî Billa Gatesía,

ktÛremu skaner USB zawiesi³ sys-

tem podczas premiery Windows

98...

Piotr Zbysiński, AVT

piotr.zbysinski @ ep.com.pl

R3: 2,2k

R4: 2,7k

Ω

R6: 1,5k

Ω

R7, R8, R9, R10: 680

Kondensatory

C1: 10nF

C2: 2,2nF

C3, C4: 22pF

C5, C9, C10: 22

F/16V

C6, C7, C8, C11, C12, C14:

100nF

C13: 1000

Dokumentacja standardu USB

dostÍpna jest w†Internecie pod

adresem: http://www.ep.com.pl/

ftp/usb_doc.exe, a†takøe na p³y-

cie CD-EP7.

F/16V

C15: 10

F/16V

F/16V

C17: 100

F/16V

Półprzewodniki

US1: AT43312

US2: MIC2527−2BN

US3: MAX604CPA

US4: 7805 z radiatorem

D1, D2, D3, D4: prostokątne

diody LED

M1: 1,5A/50V okrągły mostek

Różne

X1: 6MHz

Zl1: złącze zasilania do druku

Zl2: złącza USB−B do druku

USB1, USB2, USB3: złącza USB−A

do druku

Radiator dla US4

Rys. 8. Wygląd wtyczek USB−A

i USB−B.

66

Elektronika Praktyczna 10/99

R5: 10

C16: 1

30565387.011.png

30565387.013.png

30565387.014.png

30565387.015.png

30565387.016.png

30565387.017.png

30565387.018.png

30565387.019.png

30565387.020.png

30565387.021.png

30565387.022.png

30565387.024.png

30565387.025.png

30565387.026.png

30565387.027.png

30565387.028.png

30565387.029.png

30565387.030.png

30565387.031.png

30565387.032.png

30565387.033.png

30565387.035.png

30565387.036.png

30565387.037.png

30565387.038.png

30565387.039.png

30565387.040.png

30565387.041.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Amplituner FM z RDS.pdf (700 KB)
Przedwzmacniacz mikrofonowy.pdf (1485 KB)
Samochodowy booster 40w.pdf (300 KB)
4-kanalowy mikser stereo.pdf (2210 KB)
4-kanalowy wzmacniacz samochodowy TDA7384.pdf (119 KB)

Inne foldery tego chomika:

SchematyTV

Zgłoś jeśli naruszono regulamin