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精通USB 2.0集线器电源管理

导读: USB集线器不仅可向下游的USB端口提供数据和电源,还允许主机通过软件对连接到下游端口的设备进行电源管理。

  USB集线器不仅可向下游的USB端口提供数据和电源,还允许主机通过软件对连接到下游端口的设备进行电源管理。USB 2.0集线器系统中的电源分配与管理堪称决定系统是否完全符合USB规范(2.0版)的主要因素。

  电源分配

  所有连接到USB端口的设备可配置成低功率或高功率,这取决于设备的电压和电流要求。

  首先将所有USB设备枚举为低功率器件。主机在枚举完成后检查设备配置描述符的bMaxPower字段。如果bMaxPower表明该设备属于高功率,并且可提供相应电源,那么主机会允许将该设备转为高功率。

  USB设备可被分为自供电和总线供电。图1给出了这两种集线器配置。

精通USB 2.0集线器电源管理

  总线供电集线器系统

  在这种配置下,集线器的内部工作及其下游端口都由集线器上游端口的VBUS供电。这种配置无需本地电源。

  在总线供电的系统中,所有下游设备必须是低功率设备。这是因为集线器从上游电源消耗的最大电流为500mA,且集线器自身工作还要使用一部分电流,所以无法将500mA电流完全提供给下游设备。因此,在超过四个端口或下游包含高功率设备的设计中不建议使用总线供电的集线器配置。

  重要的设计考虑因素

  ● 切勿将两个总线供电的集线器进行串联。

  ● 总线供电的集线器无法提供超过100mA的电流,因此不能为其下游端口上连接的集线器供电。

  ● 总线供电的集线器不能为高功率设备进行供电。

  ● 总线供电的集线器要求具有电源开关(如“电源管理”中所述)。

  自供电集线器系统

  自供电集线器将来自本地电源的功率分配到其下游端口。这种集线器控制器的功率既可以来自本地电源,也可以来自VBUS。自供电集线器自身工作消耗的最大电流为100mA。通过VBUS为其USB接口供电的自供电集线器可被称为混合供电集线器。使用混合供电集线器可区分断开连接的设备和关闭电源的设备。

  使用自供电集线器会增加设计的复杂性。USB规范(2.0版)的7.2.1节要求用一种机制来识别VBUS的存在,并相应地为D+/D-上拉电阻进行供电。当VBUS移除后,设备必须在10秒内关断D+/D-上拉电阻的电源。违反这一要求可能会引起各种系统故障,而且将无法通过USB合规性测试。一种有文件记录的故障就是上游设备的复位问题。复位问题可能导致PC冷启动故障或集线器无法枚举下游设备。此外,其它故障还包括无法从挂起状态中正确恢复以及强制其它枚举设备断开总线等。混合供电集线器设计则无需进行VBUS监视。

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