【Maker電子學】USB 電源供應徹底研究—PART1

Posted By Liang Bird on 6 月 20, 2023 in Maker電子學, USB電源, 教學文, 電子學 | 0 comments

USB 介面自 1996 年問世以來，已經將近 30 個年頭。除了傳輸速度從一開始的 1.5 MBps low-speed 標準演進到當前最新的 USB4 40 Gbps 外，USB 介面也對充電、供電的世界帶來革命性的影響。

2007 年 Micro-USB 連接器問世後，第一代 iPhone 也在同年發表，隨即開啟了智慧型手機的新時代，Micro-USB 也成爲各式移動裝置上，最被廣泛使用的供電連接器標準，而 USB 規格的電源供應器，不管是插插座的豆腐頭，以及各式行動電源，更是成爲 maker 在設計專案時的最佳選擇。

接下來這一系列的文章，我想帶大家一同來徹底研究一下 USB 供電的世界。

不過在開始之前，我們先來說點歷史故事。

Before USB

USB 當初是設計來取代個人電腦上的各式低速連接界面，如連接滑鼠和數據機（modem）的 RS-232C，連接鍵盤的 PS/2 鍵盤界面，和連接印表機的 Centronics 介面等。在 USB 尚未問世之前，每種界面有各自的標準，從訊號格式、連接器，到供電能力等，各不相同。

這裡面最妙的規格就是供電能力，因爲不是所有的介面一開始設計時都有考慮供電。

早期的 PC 在還沒進入 Windows 時代時，並不需要使用滑鼠操作，因此在 PS/2 介面出現之前，滑鼠都是連接到 RS-232C 介面，而 RS-232C 界面並沒有設計電源接腳給裝置使用，它是一個純粹用來通訊的界面。

（圖片來源： Bird 提供）

但以前使用 RS-232C 介面的滑鼠時，並不需要另外插電源，也沒看到滑鼠需要裝電池。那麼滑鼠的電從哪裡來呢？

偷電偷來的。

RS-232C 所定義的訊號準位是這樣：+5 V ~ +15 V 代表邏輯 0，-5 V ~ -15 V 代表邏輯 1，這個電壓經過一些妥善的處理，可以拿來當小小的電源使用。除了用來傳輸資料的 TXD、RXD 接腳外，RS-232C 還有一對用來做 flow control 的接腳 RTS/CTS，以及用來偵測裝置是否接上的接腳 DSR/DTR。

電腦端「輸出」訊號的接腳，如 RTS、DTR，其實就是像 GPIO 的輸出接腳，如果不用來做 flow control 或裝置偵測，我們只要把它們強制設爲邏輯 0，它們就會維持在 +5 V ~ +15 V 的電壓，這個電壓經過濾波、穩壓之後，就可以拿來當電源。