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【Maker電子學】USB 電源供應徹底研究—PART1

   
作者:Bird

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。

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Liang Bird

Author: Liang Bird

在外商圈電子業中闖蕩多年,經歷過 NXP、Sony、Crossmatch 等企業,從事無線通訊、影像系統、手機、液晶面板、半導體、生物辨識等不同領域產品開發。熱愛學習新事物,協助新創團隊解決技術問題。台大農機系、台科大電子所畢業,熱愛賞鳥、演奏管風琴、大提琴、法國號,亦是不折不扣的熱血 maker。

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