USB設備的電源設計考慮

在USB接口有四根線(xiàn)，分別是VBUS,D－,D＋,GND。其中VBUS線(xiàn)是HOST/HUB向USB設備供電的電源線(xiàn)。HOST/HUB每個(gè)端口通過(guò)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(zhù)設備可以無(wú)條件地使用VBUS向自己提供500mA的電流。
根據USB規范，從電源方面來(lái)講，USB設備分為自供電和總線(xiàn)供電兩種設備類(lèi)型，設備通過(guò)枚舉過(guò)程的設備描述符聲明自己的電源要求。自供電設備不使用HSOT/HUB的電源，而是自身有電源供應；總線(xiàn)供電即指設備電源來(lái)自VBUS。如果是總線(xiàn)供電設備，USB規范按照設備工作時(shí)吸取的電流大小又規定了兩種設備：lowpwer和highpower設備，lowpower設備任何情況下不得吸取超過(guò)100mA的電流，highpower設備在正確配置之前不得吸取超過(guò)100mA的電流，如果已經(jīng)配置，任何情況下不得吸取超過(guò)500mA的電流。如果設備進(jìn)入suspend狀態(tài)，lowpower設備任何情況下不得吸取超過(guò)500uA電流，highpower設備在已經(jīng)正確配置并且遠程喚醒功能被主機使能的情況下不得吸取超過(guò)2.5mA的電流，否則不得超過(guò)500uA（2008年USB-IF對suspend電流規定進(jìn)行了變更，原來(lái)的500uA電流的規定過(guò)于嚴格，因此所有USB設備suspend電流放寬到2.5mA。）。從規范的規定來(lái)看，USB對電源管理是有嚴格要求的，因此，有些USB設備或者非USB設備不管三七二十一就從VBUS取電是違反USB規范的。還有一種自供電和總線(xiàn)供電混合類(lèi)型設備，其對VBUS的使用規定和總線(xiàn)供電設備相同。
但是在實(shí)際使用中，USB電源往往被濫用。許多廠(chǎng)商的USB設備并不送到USB-IF進(jìn)行認證，此種情況下，其USB電源的設計往往未必滿(mǎn)足USB規范。
從duoduo所觀(guān)察過(guò)的PC主板和HUB來(lái)看，許多主板/HUB并沒(méi)有在VBUS的供電上嚴格遵從USB規范，通常是直接從電源模塊送+5V到VBUS上，有的甚至連VBUS過(guò)流檢測電路都沒(méi)有。主板的VBUS供電能力還和主機使用的開(kāi)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不到500mA或者是大電流下VBUS電壓降的很厲害導致設備不能正常工作；而沒(méi)有VBUS過(guò)流檢測的主板在USB外設故障情況下有導致主板燒毀的危險。HUB有無(wú)源和有源兩種，有源HUB和HOST的VBUS指標相同，無(wú)源HUB由于本身沒(méi)有電源，掛在其下的所有設備吸取的電流總和不能超過(guò)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設備，在VBUS電源設計上能夠滿(mǎn)足規范的其實(shí)也不多，很大一個(gè)原因是一些終端用戶(hù)喜歡的功能特性其實(shí)無(wú)法滿(mǎn)足USB規范；不過(guò)，USB是一個(gè)發(fā)展變化很快的技術(shù)，需求與規范的矛盾都在逐漸的解決中，典型的如USB-IF新發(fā)布的USB充電器規范就是為了解決此前USB設備既想滿(mǎn)足規范但又希望利用VBUS電源給電池充電的矛盾。
但是如果你的USB設備需要通過(guò)USB-IF的認證以獲得在設備上使用USBlogo的權利，那麼電源設計就將真的要小心了，你的設備必須嚴格遵從USB規范中的電源規定，否則功虧一簣，數千美金的認證費就會(huì )白白扔掉了。在設備使用VBUS供電的時(shí)候除了考慮電流大小之外還必須考慮VBUS的電壓以及設備剛接入時(shí)的浪涌電流大小，USB規范中VBUS電壓在4.4V-5.5V之間，根據HOST/HUB的不同，少數劣質(zhì)HOST/HUB會(huì )超出這個(gè)規定，如果設備使用3.3V或更低電源，簡(jiǎn)單從VBUS加個(gè)低功耗LDO就可以了，但是如果設備直接使用VBUS作為自身電源則必須考慮設備能否在4.4V-5.5V下都能夠正常工作，否則兼容性問(wèn)題會(huì )讓你大傷腦筋。另外據說(shuō)有的筆記本電腦僅能向VBUS提供100mA電流，這個(gè)duoduo沒(méi)有研究，哪位可以補充一下。至于浪涌電流，是USB-IF認證中的一項，我們通常習慣性的在設備電源入口加一個(gè)數十uF乃至數百u(mài)F電容的做法此時(shí)根本是不可能通過(guò)浪涌測試的；從duoduo的經(jīng)驗上來(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備的VBUS電源入口處存在等效電容，因此實(shí)際取值應該根據浪涌測試結果進(jìn)行調整。