Alimentación USB: conceptos básicos

Soy nuevo en el diseño de algo para ser alimentado por USB. Idealmente, se puede enchufar a un adaptador a un enchufe de pared del Reino Unido o a un puerto USB con alimentación en otro dispositivo. Tengo el diseño del circuito en su lugar con Kicad, pero nunca he alimentado un dispositivo con USB.

¿Es simplemente conectar V + a los bits que necesitan energía, tierra a los bits que necesitan tierra y un conector de condensador de 1uF entre los dos (si es así, de qué manera deberían conectarse)? ¿O es esto tremendamente incorrecto? No necesito ninguna transferencia de datos a D+ y D- se han dejado abiertos. ¿Es necesario conectarlos a tierra con resistencias desplegables o algo así? Me gustaría hacerlo bien para poder hacerlo cuando diseñe otros productos.

Estoy alimentando un attiny y algunos LED de 5 mm.

No es técnicamente correcto de acuerdo con la especificación USB, pero hay 100000000 de dispositivos que hacen precisamente eso. Siempre y cuando no intentes dibujar demasiada corriente, estarás bien.
En cuanto al capacitor: si a su circuito realmente no le importa un suministro estable o regula su propio voltaje, puede omitirlo (o reemplazarlo con el capacitor recomendado en la hoja de datos de su regulador de voltaje). Para los condensadores cerámicos (más comunes en el rango de 1 μF), la polaridad no importa, para el tantalio o el electrolito, el lado + generalmente está marcado.
Si no puede pagar la negociación del bus USB, entonces no elija el enchufe USB. Es tan simple como eso.

Respuestas (6)

Los dispositivos USB pueden consumir hasta 100 mA para realizar la negociación inicial, denominada enumeración , con el host. Durante este proceso pueden solicitar hasta 500 mA. Luego, el anfitrión decide si otorga la energía adicional o si apaga el dispositivo.

En algunos casos, el host puede indicarle a un dispositivo que entre en modo de suspensión de bajo consumo.

La mayoría de las computadoras alimentadas por la pared simplemente conectan la alimentación USB a su suministro de 5 V a través de un fusible múltiple y no intentan controlar ni monitorear la corriente. Los dispositivos que funcionan con baterías a menudo administran cuidadosamente la alimentación USB. Por lo tanto, puede salirse con la suya simplemente extrayendo energía sin preguntar cuando está conectado a una computadora de escritorio, pero posiblemente no cuando esté conectado a una computadora portátil.

Por supuesto, todo esto está en la especificación USB.

¿Sigue siendo correcto para USB3+?
No puedo enchufar cosas en el puerto USB para dañar la computadora si consume demasiada energía o si tiene algún cortocircuito. Arruiné una computadora con experimentos con USB... Sin embargo, esto quizás sea diferente.
@EvanCarslake sí, pero eso también es culpa de la computadora a la que lo conectó; se supone que tienen fusibles de reinicio automático en las líneas de alimentación USB por ese motivo. Pero algunos fabricantes toman atajos.

Depende de la potencia que necesites. De manera predeterminada, obtiene el modo de bajo consumo, que puede entregar hasta 100 mA, que es suficiente para muchas cosas. Puede obtener hasta 500 mA si negocia el modo de alta potencia con el host. Esto ha sido cubierto en otras preguntas .

Como ya han dicho otros, prácticamente siempre puede extraer 100 mA de cualquier host USB.

Si desea/necesita más energía que eso (sin violar las especificaciones USB y hacer algo que podría dañar sus dispositivos host), entonces puede:

  1. Conecte un pin MCU/CPU a los pines de datos, para que pueda negociar tasas de carga más altas con el host

o

  1. Detecte los pines D+/D- activamente. Cuando se conecta a un cargador (que cumple con las especificaciones), los pines D+/D- se cortocircuitan entre sí en el cargador, por lo que su dispositivo puede saber que está "permitido" para tomar energía a una velocidad alta sin negociación. Cuando se conecta a un host, estos pines no se acortarán, por lo que su dispositivo deberá limitarse a un consumo de 100 mA.

Está la teoría y está la práctica.

La teoría es que antes de la enumeración solo se le permite dibujar 100ma. Además, hay límites de tiempo después de los cuales, si la enumeración falla, debe bajar a un estado de energía muy bajo. Las verrugas de pared USB (especificación de "carga de batería") cortan las líneas D+ y D- para indicar que no son un host USB normal.

La práctica es que los hosts (incluso las computadoras portátiles) normalmente solo tienen una limitación de corriente tonta con un umbral fijo. Entonces, si no le importa obtener la certificación de su dispositivo como compatible con USB, puede consumir 500 ma (o incluso un poco más) de inmediato y funcionará bien con la gran mayoría de los hosts.

Creo que los dispositivos USB 3.0 pueden consumir hasta 1000 mA siempre que el host lo permita.

Eso es solo después de una inicialización y negociación exitosas entre el host y el cliente. No recuerdo exactamente la cantidad, pero sin la inicialización, solo se le permite una tasa de extracción muy baja. Algo así como 100mA, IIRC
@ RobhercKV5ROB gracias por el comentario, soy nuevo en este sitio.

Manténgase en 100 mA o menos y no tendrá que preocuparse por la enumeración. Si está construyendo uno único, no me preocuparía acercar hasta 500 mA, incluso sin enumeración. Si está construyendo un producto, arroje una MCU de 50 centavos allí para enumerar el bus y solicitar más corriente.