USB設(shè)備的電源設(shè)計(jì)考慮

在USB接口有四根線，分別是VBUS,D－,D＋,GND。其中VBUS線是HOST/HUB向USB設(shè)備供電的電源線。HOST/HUB每個(gè)端口通過VBUS提供的電流最大為500mA，電壓范圍是4.4V－5.5V，但是這并不是意味著設(shè)備可以無(wú)條件地使用VBUS向自己提供500mA的電流。
根據(jù)USB規(guī)范，從電源方面來(lái)講，USB設(shè)備分為自供電和總線供電兩種設(shè)備類型，設(shè)備通過枚舉過程的設(shè)備描述符聲明自己的電源要求。自供電設(shè)備不使用HSOT/HUB的電源，而是自身有電源供應(yīng)；總線供電即指設(shè)備電源來(lái)自VBUS。如果是總線供電設(shè)備，USB規(guī)范按照設(shè)備工作時(shí)吸取的電流大小又規(guī)定了兩種設(shè)備：lowpwer和highpower設(shè)備，lowpower設(shè)備任何情況下不得吸取超過100mA的電流，highpower設(shè)備在正確配置之前不得吸取超過100mA的電流，如果已經(jīng)配置，任何情況下不得吸取超過500mA的電流。如果設(shè)備進(jìn)入suspend狀態(tài)，lowpower設(shè)備任何情況下不得吸取超過500uA電流，highpower設(shè)備在已經(jīng)正確配置并且遠(yuǎn)程喚醒功能被主機(jī)使能的情況下不得吸取超過2.5mA的電流，否則不得超過500uA（2008年USB-IF對(duì)suspend電流規(guī)定進(jìn)行了變更，原來(lái)的500uA電流的規(guī)定過于嚴(yán)格，因此所有USB設(shè)備suspend電流放寬到2.5mA。）。從規(guī)范的規(guī)定來(lái)看，USB對(duì)電源管理是有嚴(yán)格要求的，因此，有些USB設(shè)備或者非USB設(shè)備不管三七二十一就從VBUS取電是違反USB規(guī)范的。還有一種自供電和總線供電混合類型設(shè)備，其對(duì)VBUS的使用規(guī)定和總線供電設(shè)備相同。
但是在實(shí)際使用中，USB電源往往被濫用。許多廠商的USB設(shè)備并不送到USB-IF進(jìn)行認(rèn)證，此種情況下，其USB電源的設(shè)計(jì)往往未必滿足USB規(guī)范。
從duoduo所觀察過的PC主板和HUB來(lái)看，許多主板/HUB并沒有在VBUS的供電上嚴(yán)格遵從USB規(guī)范，通常是直接從電源模塊送+5V到VBUS上，有的甚至連VBUS過流檢測(cè)電路都沒有。主板的VBUS供電能力還和主機(jī)使用的開關(guān)電源有很大關(guān)系，一些劣質(zhì)電源向VBUS提供的電流根本就達(dá)不到500mA或者是大電流下VBUS電壓降的很厲害導(dǎo)致設(shè)備不能正常工作；而沒有VBUS過流檢測(cè)的主板在USB外設(shè)故障情況下有導(dǎo)致主板燒毀的危險(xiǎn)。HUB有無(wú)源和有源兩種，有源HUB和HOST的VBUS指標(biāo)相同，無(wú)源HUB由于本身沒有電源，掛在其下的所有設(shè)備吸取的電流總和不能超過該HUB上行端口所能夠獲得的電流。目前市面上流行的各種USB設(shè)備，在VBUS電源設(shè)計(jì)上能夠滿足規(guī)范的其實(shí)也不多，很大一個(gè)原因是一些終端用戶喜歡的功能特性其實(shí)無(wú)法滿足USB規(guī)范；不過，USB是一個(gè)發(fā)展變化很快的技術(shù)，需求與規(guī)范的矛盾都在逐漸的解決中，典型的如USB-IF新發(fā)布的USB充電器規(guī)范就是為了解決此前USB設(shè)備既想滿足規(guī)范但又希望利用VBUS電源給電池充電的矛盾。
但是如果你的USB設(shè)備需要通過USB-IF的認(rèn)證以獲得在設(shè)備上使用USBlogo的權(quán)利，那麼電源設(shè)計(jì)就將真的要小心了，你的設(shè)備必須嚴(yán)格遵從USB規(guī)范中的電源規(guī)定，否則功虧一簣，數(shù)千美金的認(rèn)證費(fèi)就會(huì)白白扔掉了。在設(shè)備使用VBUS供電的時(shí)候除了考慮電流大小之外還必須考慮VBUS的電壓以及設(shè)備剛接入時(shí)的浪涌電流大小，USB規(guī)范中VBUS電壓在4.4V-5.5V之間，根據(jù)HOST/HUB的不同，少數(shù)劣質(zhì)HOST/HUB會(huì)超出這個(gè)規(guī)定，如果設(shè)備使用3.3V或更低電源，簡(jiǎn)單從VBUS加個(gè)低功耗LDO就可以了，但是如果設(shè)備直接使用VBUS作為自身電源則必須考慮設(shè)備能否在4.4V-5.5V下都能夠正常工作，否則兼容性問題會(huì)讓你大傷腦筋。另外據(jù)說有的筆記本電腦僅能向VBUS提供100mA電流，這個(gè)duoduo沒有研究，哪位可以補(bǔ)充一下。至于浪涌電流，是USB-IF認(rèn)證中的一項(xiàng)，我們通常習(xí)慣性的在設(shè)備電源入口加一個(gè)數(shù)十uF乃至數(shù)百uF電容的做法此時(shí)根本是不可能通過浪涌測(cè)試的；從duoduo的經(jīng)驗(yàn)上來(lái)看，這個(gè)電容一般取小于4.7uF或者2.2uF，由于后面的電路也在設(shè)備的VBUS電源入口處存在等效電容，因此實(shí)際取值應(yīng)該根據(jù)浪涌測(cè)試結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。