P R Aktywny hub USB
O J E K T Y
Aktywny hub USB
AVT-833
Przedstawiamy drugi
projekt związany
z nowoczesnym,
Zazwyczaj wsp�łcześnie pro-
rekonfigurowalnym interfejsem
dukowane komputery wyposałone
szeregowym - USB. Pierwszym
są w tylko dwa złącza USB. Juł
z opracowanych w naszym
teraz ich liczba nie zawsze jest
Problem ten został szybko za-
laboratorium projekt�w była
wystarczająca, a w najbliłszej
uwałony przez producent�w p�ł-
�karta� d�wi�kowa USB (EP3/
przyszłości niezb�dnym elemen-
przewodnik�w, w związku z czym
99). W tym numerze EP
tem wyposałenia komputera sta-
na rynku pojawiły si� wyspecja-
prezentujemy konstrukcj� nie si� kilka dodatkowych port�w
lizowane układy scalonych hub�w
tego typu. Organizacja transmisji
bardzo wałnego dla USB USB.
danych w USB przewiduje moł-
urządzenia - aktywnego huba
liwośĘ stosowania �rozgł�ziaczy�,
Scalony Hub Atmela
USB, dzieki kt�remu mołna
kt�re obsługiwane są przez poje-
Jednym z pierwszych producen-
bez trudu rozbudowaĘ
dynczy port wyłszego rz�du, da-
t�w oferującym układy scalone do
moduły peryferyjne
jąc dost�p do kilku (zazwyczaj 2
hub�w USB był Atmel. W ofercie
komputera.
lub 4) dodatkowych, niezalełnych
handlowej firmy znajduje si� kilka
strumieni danych.
układ�w tego typu, ale najbardziej
Rys. 1. Schemat blokowy układu AT43312.
Elektronika Praktyczna 10/99
63
Aktywny hub USB
giem� huba jest cztery pompy ładunkowe, kt�re
układ US1. Wypro- wytwarzają wysokie napi�cie do
wadzenia wszyst- zasilania bramek tranzystor�w wy-
kich transceiver�w jściowych.
DPx (ang. Data Schemat wn�trza układu
Plus) i DMx (ang. MIC2527 znajduje si� na rys. 4.
Data Minus) dołą- Jest to konstrukcja wykonana cał-
czone są bezpośred- kowicie w oparciu o tranzystory
nio do złącz unipolarne, co umołliwiło ograni-
USB1..4 oraz Zl2. czenie wartości prądu pobierane-
Wyjścia sterujące go przez układ do zaledwie
włączenie zasilania 220�A. Na rys. 5 znajduje si�
w poszczeg�lnych uproszczony schemat funkcjonal-
kanałach !PWRx po- ny układu MIC2527.
łączone są z we- Zgodnie z zaleceniami specyfi-
jściami ENA..D kacji standardu USB kałdy kanał
układu US2. wyjściowy huba powinien byĘ
Rys. 2. Konfiguracja huba USB z lokalnym
Jak łatwo zauwa- przystosowany do dostarczenia do
zasilaniem.
łyĘ, drugim bardzo urządzenia wsp�łpracującego prą-
interesującym w naszym przypadku istotnym elementem urządzenia du o nat�łeniu do 500mA. Klucze
okazał si� układ AT43312. Integruje jest układ MIC2527 firmy Micrel. prądowe wbudowane w MIC2527
on w swoim wn�trzu (rys. 1) cztery Jest to specjalizowany, czteroka- mogą byĘ jednocześnie obciąłane
porty downstream do podłączenia nałowy klucz prądowy ze zinteg- w czterech kanałach prądem o na-
dowolnych urządze� USB, sterownik rowanym czujnikiem przeciąłenia t�łeniu po 500mA, a ich maksy-
zarządzający ich zasilaniem oraz prądowego, bezpiecznikiem ter- malna rezystancja szeregowa nie
ustaleniem trybu pracy huba, syn- micznym i systemem zabezpiecze- przekracza 200m&!. Bezpieczniki
tezer cz�stotliwości PLL oraz - co nia przed zbyt niskim napi�ciem nadprądowe mają histerez�, dzi�-
oczywiste - jeden interfejs upstream, zasilania. Opr�cz element�w zwią- ki kt�rej ograniczają prąd wyjścio-
słułący do połączenia huba z nad- zanych z zabezpieczeniem struk- wy dopiero po przekroczeniu na-
rz�dnym komputerem. Wewn�trzna tury układu przed przegrzaniem t�łenia 1,6..2,2A (patrz rys. 6). Po
konstrukcja układu AT43312 jest i uszkodzeniem, we wn�trze zadziałaniu ogranicznika maksy-
zgodna z zaleceniami USB 1.0 i ko- MIC2527 wbudowane są takłe malny prąd zwarciowy nie prze-
lejnymi, w związku
z czym - podobnie jak
to było w przypadku
cyfrowych głośnik�w
z układem DS4201(EP3/
99) - dołączenie huba
do komputera z zainsta-
lowanym Windows 98
powoduje automatyczne
ładowanie niezb�dnych
sterownik�w.
Układ AT43312 mo-
łe pracowaĘ w trybie
zasilania z linii USBlub
z własnym zasilaniem
z zewn�trznego zasila-
cza. Poniewał cztery
urządzenia USB mogą
pobieraĘ prąd rz�du na-
wet kilku amper lep-
szym rozwiązaniem jest
zbudowanie samodziel-
nego huba z własnym
zasilaniem. Konfiguracja
układu AT43312 w tym
trybie pracy widoczna
jest na rys. 2.
Opis układu
Schemat elektrycz-
ny huba przedstawio-
no na rys. 3. �M�z-
Rys. 3. Schemat elektryczny urządzenia.
Elektronika Praktyczna 10/99
64
Aktywny hub USB
Charakterystyka huba USB:
od strony komputera (hosta) widoczny jest ja-
ko urządzenie USB 12MHz (szybkie),
obsługuje do czterech, niezależnych urządzeń
USB 1,5MHz/12MHz (w dowolnej kombinacji),
prąd wyjściowy każdego kanału zasilania: do
1,0A,
całkowity prąd wyjściowy wszystkich czterech
kanałów: 1,0A,
automatyczne wykrywanie zwarcia obwodu za-
silającego,
optyczna sygnalizacja stanu każdej linii,
zasilanie: 10..15VDC/100mA (bez dołączo-
nych odbiorników)
wejśĘ USB1..4, w związku z czym
mołna do niego dołączaĘ zar�wno
urządzenia szybkie, jak i wolne
w dowolnych kombinacjach.
Układ US4 wraz z elementami
towarzyszącymi (M1, C11..13, Zl1)
spełnia rol� zasilacza huba, kt�ry
zasila takłe urządzenia zewn�tr-
zne.
Montał i uruchomienie
Modelowe urządzenie zmonto-
wałem na dwustronnej płytce dru-
kowanej, kt�rej schemat montało-
wy znajduje si� na rys. 7. Widok
mozaiki ściełek obydwu warstw
płytki znajdziecie na wkładce we-
wnątrz numeru.
Ze wzgl�du na stosunkowo sła-
be upakowanie element�w montał
mołna przeprowadziĘ w spos�b
całkowicie dowolny, przy czym
naleły zwr�ciĘ uwag� na jakośĘ
lutowania - zalecam, aby cyna
przepłyn�ła przez lutowane otwo-
ry na drugą stron� płytki. Naleły
takłe zwr�ciĘ uwag� na fakt, łe
obudowa układu US1 (AT43312)
Rys. 4. Schemat blokowy układu MIC2527.
ma 32 wyprowadzenia, w związku
kracza 1,25A (rys. 6), dzi�ki cze- w systemie) dołączonego urządze- z czym mogą wystąpiĘ trudności
mu moc wydzielana w strukturze nia diody przestają si� świeciĘ, z zakupem dla niego podstawek.
układu nie jest zbyt duła. pomimo wtyczki włączonej
Fakt przeciąłenia obwodu wy- w gniazdo USB.
jściowego układu US2 sygnalizuje Układ US3 jest specjalizowa-
on niskim stanem na jednym nym stabilizatorem, mogącym pra-
z wyjśĘ FLGA..D. Wyjścia te do- cowaĘ przy niewielkiej r�łnicy
łączone są do wejśĘ czujnik�w napi�Ę pomi�dzy wejściem i wy-
przeciąłeniowych US1 (!OVL1..4), jściem. Z wyjścia tego układu za-
dzi�ki czemu układ US1 jest silany jest transceiver upstream
informowany o zwarciu na linii US1 (wyprowadzenia oznaczone
wyjściowej. Informacja ta jest is- DP0, DM0). Dołączony do wypro-
totna dla poprawnej pracy syste- wadzenia DP0 rezystor R6 �pod-
mu operacyjnego Windows 98. ciąga� napi�cie tej linii do ok. 3V,
Stan poprawnego działania kał- co stanowi informacj� dla inter-
dej linii downstream sygnalizowa- fejsu - hosta znajdującego si�
ny jest zapaleniem odpowiadają- w PC, łe hub jest w stanie obsłu-
cej mu diody LED (D1..4). W przy- giwaĘ szybkie transmisje USB.
padku wystąpienia zwarcia lub Układ AT43312 samoczynnie do-
braku mołliwości poprawnego stosowuje swoje nastawy do szyb-
Rys. 5. Schemat funkcjonalny
skonfigurowania (zalogowania si� kości interfejs�w dołączanych do
układu MIC2527.
Elektronika Praktyczna 10/99
65
Aktywny hub USB
Rys. 6. Charakterystyki prądowe
wyjść układu MIC2527.
Rys. 7. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
Stabilizator US4 wymaga zasto-
USB1..4 dołączamy urządzenie
sowania przykr�canego radiatora
USB, kt�re - zapewniam - jest
WYKAZ ELEMENTÓW
(wybrany z katalogu Elfy). W eg-
natychmiast widoczne w systemie.
Rezystory
zemplarzu modelowym układy
Pomimo wielu usilnych pr�b
R1, R2: 100&!
US2 i US3 zamontowałem na pod-
nie udało mi si� powt�rzyĘ sen-
R3: 2,2k&! stawkach, lecz - ze wzgl�du na
sacyjnego �sukcesu� Billa Gates�a,
wydzielaną w nich moc - lepiej
R4: 2,7k&!
kt�remu skaner USB zawiesił sys-
jest wlutowaĘ je bezpośrednio
R5: 10&!
tem podczas premiery Windows
w płytk�. Dułe powierzchnie ście-
R6: 1,5k&!
98...
łek wok�ł tych układ�w nieco
R7, R8, R9, R10: 680&!
Piotr Zbysiński, AVT
ułatwiają odprowadzenie co oto-
Kondensatory
[e-mail]
czenia zb�dnego ciepła.
C1: 10nF
Uruchomienie układu wymaga
C2: 2,2nF Dokumentacja standardu USB
zastosowania zasilacza o napi�ciu
dost�pna jest w Internecie pod
C3, C4: 22pF
wyjściowym 10..15VDC lub
adresem: http://www.ep.com.pl/
C5, C9, C10: 22�F/16V
8..12VAC i wydajności prądowej
ftp/usb_doc.exe, a takłe na pły-
C6, C7, C8, C11, C12, C14:
minimum 1,2A oraz komputera PC
cie CD-EP7.
100nF
z wbudowanym interfejsem USB.
C13: 1000�F/16V
Zalecanym systemem operacyjnym
C15: 10�F/16V
jest Windows 98 lub Windows
C16: 1�F/16V
2000. Niezb�dnym dodatkiem jest
C17: 100�F/16V
oczywiście minimum para kabli
Półprzewodniki
USB (USB-A/USB-B - rys. 8) oraz
US1: AT43312
urządzenie USB (klawiatura, mysz,
US2: MIC2527-2BN
karta d�wi�kowa - patrz EP3/99,
US3: MAX604CPA skaner, modem, itp.).
US4: 7805 z radiatorem Rozpoczynamy od dołączenia
zasilania do huba i podłączenia
D1, D2, D3, D4: prostokątne
diody LED go do dowolnego portu USB w PC.
System operacyjny samoczynnie
M1: 1,5A/50V okrągły mostek
wykryje nowe urządzenie (czasa-
Różne
mi niezb�dny b�dzie restart sys-
X1: 6MHz
temu) i dobierze do niego nie-
Zl1: złącze zasilania do druku
zb�dne sterowniki. Procedura jest
Zl2: złącza USB-B do druku
na tyle prosta (prawdziwe PnP!),
USB1, USB2, USB3: złącza USB-A
łe nie b�d� jej szczeg�łowo opi-
do druku
sywał. Po zainstalowaniu sterow-
Rys. 8. Wygląd wtyczek USB-A
Radiator dla US4
nik�w do dowolnego z port�w
i USB-B.
Elektronika Praktyczna 10/99
66