|
USB
USB (Universal serial
Bus) grensesnittet ble introdusert i 1996. USB er såkalt ”host
centric”, noe som medfører at løsningen må ha en PC (eller
tilsvarende) for å fungere (noe som ikke er tilfelle med
"konkurrenten"
IEEE 1394 – Firewire). USB kan adressere opptil 127 eksterne
enheter.
Våre
touch
screen løsninger og
tastaturer er blandt våre produkter
som benytter USB interface. USB har også overtatt mer og mer for
composite og S-video for video overføring fra kamera, etc, etc,
bl.a. pga høyere kvalitet (dvs høyere båndbredde på overføringen)
Standardene som det refereres til i dag er USB1.1 og USB 2
og har følgende karakteristikker:
Pin layout For USB 1 og USB 2 er som følger:
Pin# |
Signal |
Kabel
fargekode |
1 |
VBUS (5 volts) |
RED |
2 |
D- |
WHITE |
3 |
D+ |
GREEN |
4 |
GROUND |
BLACK |
USB kabel er en 4-leders
”shielded” kabel hvor 2 av lederne brukes til hhv +5V og jord. De
to andre er ”twisted pair” for signalene D+ og D-.
Konnektorer
Etter hvert har det blitt flere konnektorer som brukes. På host
siden (PC siden) brukes som oftest denne 4 lederen:

Type A (Host)
På peripheral siden (printer siden) brukes som oftest denne
konnektoren:

Type B (Device)
Etterhvert har det også kommet mini-USB (også kallt EMU konnektror
som står for "Enhanced Mini USB), og Micro USB konnektorer på
markedet for å kopple mobiltelefoner og andre små enheter til f.eks.
høretelefoner tastatur eller printer, etc. Dette er en 5-leder
løsning. Denne standarden støtter i tillegg til de to overnevnte
også muligheten for et ID signal. Dette ID signalet ligger på pinne
4 (også kallt X pinne istedenfor numerering) og definerer hva slags
utstyr som tilkopples. Nedenfor har vi laget en liten oversikt over klassene. Det
er imidlertid viktig å være klar over at en del mini-USB og
Micro-USB konnetorer ikke nødvendigvis benyttes til tradisjonelle
USB signaler, men like ofte helt "ukjente" enheter.
Ihht den nye EU standarden skal pluggene også benyttes for
batterilading av mobil telefoner slik at alle mobiltelefon
leverandører kan benytte samme lader.
Pin# |
Signal |
Kabel
fargekode |
1 |
VBUS (5 volts) |
RED |
2 |
D- |
WHITE |
3 |
D+ |
GREEN |
X |
ID |
Ukjent |
5 |
GROUND |
BLACK |
Mini-USB og
micro-USB cabler har sterke likhetstrekk med Ethernet stp/ftp
kabler, mens USB 1.0 og 2.0 har likhetstrekk med utp kabel ettersom
alle kablene er twisted pair. Mer info om dette på vår support side
som omhandler Ethernet (link lenger ned på siden)
ID Klasse
Beskrivelse
Eksempler
00h Device
Uspesifisert
Uspesifisert. Interface descriptors are
used for determining the required drivers.
01h Interface Audio
Høytaler, mikrofon, lyd kort
02h Both
Communications and CDC Control Ethernet adapter,
modem, serie port adapter
03h Interface Human
Interface Device (HID)
Tastatur, mus, joystick
05h Interface
Physical Interface Device (PID)
Force feedback joystick
06h Interface Image
Webkamera, scanner
07h Interface
Printer
Laser printer, inkjet printer, CNC machine
08h Interface Mass
Storage
USB flash drive, memory kort leser, digital audio
spiller, digital kamera, ekstern disk
09h Device
USB hub
Full speed hub, hi-speed hub
0Ah Interface
CDC-Data
(Denne klassen brukes sammen med 02h -
Communications and CDC Control.)
0Bh Interface Smart
Card
USB smart kort leser
0Dh Interface
Content Security -
0Eh Interface Video
Webkamera
0Fh Interface
Personal Healthcare -
DCh Both
Diagnostic Device
USB kompatibel teste enhet
E0h Interface
Wireless Controller
Wi-Fi adapter, Bluetooth adapter
EFh Both
Miscellaneous
ActiveSync enhet
FEh Interface
Application Specific
IrDA Bridge, Test & Måle klasse (USBTMC)
FFh Both
Vendor Specific
(Denne koden indikerer at enheten trenger
produsentspesifikk softwaredriver
Mer
info om mini-USB og micro-USB konnektorer kommer om kort tid.
Kabel og hastighet
Det brukes som oftest ikke kabler med 2 like typer
konnektorer
(f.eks. 2 x type A eller 2 x type B), men det
finnes unntak.
Standard |
Lengder |
Hastighet |
Guiding Document |
USB 1.1 |
5 meter |
12
Mbps |
USB 1.1 Promoter
Group |
USB 2.0 |
5 meter |
480
Mbps |
USB 2.0 Promoter
Group |
USB 3.0 |
(3 meter
?) |
4,8 Gbps |
USB 3.0 Promoter
Group |
Pr
idag (januar 2010) har vi kun utbygningsmoduler (PCI Express) for
våre micro PC løsninger, dvs foreløpig ikke integrert på hovedkortet.
Idag er kun konnektor type A (standard) i en litt modifisert utgave
som er godkjent for USB 3.0 (også kalt "Super Speed") for å unngå
støyproblemer på signalet. Dette medfører at standard/tradisjonel
type A/B vil ikke passe inn i USB 3.0 konnektor, men en USB
3.0 kabel vil fortsatt kunne fungere i en standard/tradisjonel type
A/B konnektor (men da med begrenset hastighet ihht tidligere
standarder).
Selv
om USB 3 i teorien klarer 4,8GB vil div. "funksjoner" (overhead)
medføre at reell hastighet ant ikke overstiger 3,2Gbps
Noen PC løsninger har
forholdsvis lange USB kabler internt i chassis. I slike tilfeller
kan brukeren oppleve at 5 meter ekstern kabel blir for langt.
Ved bruk av for eksempel
Cat 5 kabel
(ref Ethernet) kan USB 2 ofte økes til opptil 25 meter.
Andre særtrekk
USB benytter differensiell elektrisk signalering.
”Low speed” (vers 1.1) og ”full speed” sender logisk 1 når D+ er på
2,8V eller mer, og
D- til under 0,3V. Ved logisk 0 er D- over 2,8V og D+ mindre enn
0,3V.
På mottager siden defineres en logisk 1 når D+ er 200mV mer enn D-,
og logisk 0 når D+ er 200mV mindre enn D-. Polariteten på signalene
inverteres avhengig av bus hastigheten, noe som medfører at termer
som `J` og `K` benyttes for å indikere logisk 1 eller 0. I ”low
speed” er logisk 1 `J`, mens i ”high speed” er logisk 1 `K`.
“Low speed” og “high speed” bus har en karakteristisk impedans på 90
ohm +/- 15
High Speed (480Mbits/s) mode bruker 17.78mA konstant strøm for
signalene for å redusere støy.Super Speed (5GB/s)
løsninger kan ofte levere så mye som 900mA på hver USB port som er
integrert.
Trådløs USB.
I 2005 ble det
definert en standard som beskrive som trådløs USB. Løsninger som er
basert på denne standarden er imidlertid ikke på markedet enda. Det
skal imidlertid bli interesant å se hva denne standarden kan klare
mht overføringer i virkelig bruk.
Frekvensområdet som benyttes skal være 3.1 GHz–10.6 GHz. Standarden
skal dermed ikke interferere med f.eks. trådløst ethernet, Bluetooth
eller Zigbee.
Båndbredden blir 53 - 480, dvs det samme som er forventet til den
nye Bluetooth 4 standarden som også skal komme.
Rekkevidden er definert til 3 - 10 m.
Moduleringen er definert til MB-OFDM (dvs det som også er ventet å
være situasjonen for Bluetooth 4
Problem med USB - RS232 overgang
En del har opplevd problemer ved bruk av USB til/fra
RS232
overgang. Årsaken kan være mange, men kjente tilfeller har bl.a.
bakgrunn i dette:
På PC siden er det gjerne 3 spenningsnivåer som er tilgjengelig.
+5V (for UART, +12V og -12V (for signal). Noe av årsaken til
problemer med kommunikasjonen ligger på det ekstreme prispresset som
produsentene har. I mange miljøer er pris det eneste kriteriet ved
valg av løsning, og leverandørene i Norge har små muligheter til å
teste overgangene i hvert enkelt tilfelle.
USB interface leverer som kjent kun +5V (se mer info om USB på vår
side som omhandler dette). En intern
DC-DC konverter skal booste opp denne spenningen til 12V og
invertere den. Dette er det dessverre vanskelig for de rimeligste
DC-DC konverterne å gjøre. I andre tilfeller benyttes +/- 5V til å
drive signalene ettersom spesifikasjonene (se ovenfor) tilsier at
spenninger mellom +/- 3V er udefinerte signaler mens spenningsnivåer
som er høyere enn dette defineres som "high/low". +5V brukes også i
en del tilfeller til å drive UART på RS232 siden. Men en del UART
kretser (også fra kjente produsenter) klarer ikke å følge denne
spesifikasjonen. En stor og kjent produsent av UART kretser
definerer f.eks. spenninger mellom 0-2V som '0' (space/low), mens
spenninger under '0' defineres som '1' (mark/high).
Andre UART løsninger definerer også spenninger over +2V som '0' (space/low).
Noen ganger fungerer inngangssignalet fint, men enheten klarer ikke
å svare med riktig signal tilbake.
Enda vanskeligere blir det når overgangen mellom USB og RS232
fungerer noen ganger, mens den andre ganger feiler. Dette kan for
eksempel skje at en rimelig USB device fungerer greit når den henges
på en rimelig laptop, mens en dyrere USB enhet ikke fungerer.
Årsaken kan da være at den dyrest USB enheten er designet for å være
"immun mot støy, mens den rimelige løsningen ikke er det. Når en
laptop med en "low cost" RS232 implementasjon sender signalet som
blir sett på som støy i andre enden, vil løsningen naturligvis ikke
fungere tilfredsstillende.
Et annet problem som kan skje er "handshake" signalene. Noen
benytter software handshake mens andre løsninger benytter hardware
handshake. Hardware handshake er utelat av en del produsenter av
USB-RS232. Om det er krav til hardware handshake vil det naturligvis
kunne oppstå problemer.
I andre tilfeller benyttes hardware handshake kun om det er snakk om
å overføre store datamengder. I slike tilfeller kan en oppleve at
løsningen fungerer greit i 1 time, 1dag eller 1 uke, - for så å
feile. Slike ustabile løsninger skaper av naturlige årsaker store
problemer om en avhengig av en løsning som fungerer
tilfredsstillende over lengre tid.
Copyright © 2005
Jørn Jensen
Gjengitt med tilatelse.
Klikk på
Support for
informasjon om andre interface standarder, manualer, etc.
Om ønsker informasjon som
ikke finnes på våre sider, ber vi deg kontakte oss med f.eks. en
mail til vår support avdeling. Vi vil da forsøke å få opp mer
informasjon så raskt som mulig.
|