- Для питания многопортового USB-адаптера и одновременной зарядки подключенного к нему мобильного устройства обычно достаточно настенного зарядного устройства USB-C PD мощностью 100 Вт.
USB -концентратор — это устройство, которое расширяет один порт универсальной последовательной шины (USB) на несколько, чтобы было больше портов, доступных для подключения устройств к хост-системе, аналогично удлинителю . Все устройства, подключенные через USB-концентратор, используют полосу пропускания, доступную этому концентратору. [1]
Физически отдельные USB-концентраторы бывают самых разных форм-факторов : от внешних блоков (похожих на Ethernet или сетевой концентратор ) до небольших конструкций, которые можно напрямую подключать к USB-порту (см. рисунок «компактный дизайн»). Концентраторы с «коротким кабелем» обычно используют цельный кабель длиной 6 дюймов (15 см), чтобы немного отдалить небольшой концентратор от физической перегрузки портов и увеличить количество доступных портов.
Почти все современные портативные компьютеры оснащены портами USB, но внешний USB-концентратор может объединить несколько повседневных устройств (например, мышь, клавиатуру или принтер) в один концентратор, обеспечивая возможность подключения и удаления всех устройств за один шаг.
Некоторые USB-концентраторы могут поддерживать подачу питания (PD) для зарядки аккумулятора ноутбука, если они имеют автономное питание и сертифицированы для этого, но могут называться простой док-станцией из-за аналогичного характера: для зарядки аккумулятора требуется только одно соединение. и подключить периферийные устройства. Концентраторы могут иметь переключатели питания для отдельных портов, что позволяет удобно включать и выключать не отвечающие устройства. [2]
Сеть USB состоит из USB-концентраторов, подключенных к USB-портам, которые сами могут быть связаны с USB-концентраторами. USB-концентраторы могут расширить USB-сеть до 127 портов. Спецификация USB требует, чтобы концентраторы с питанием от шины (пассивные) не подключались последовательно с другими концентраторами с питанием от шины. [ нужна цитата ]
В зависимости от производителя и конструкции порты USB часто расположены близко друг к другу. Следовательно, подключение устройства к одному порту может физически заблокировать соседний порт, особенно если вилка не является частью кабеля, а является неотъемлемой частью такого устройства, как USB-накопитель . Горизонтальный массив горизонтальных розеток может быть легко изготовить, но может привести к тому, что можно будет использовать только два порта из четырех (в зависимости от ширины вилки).
Массивы портов, в которых ориентация портов перпендикулярна ориентации массива, обычно имеют меньше проблем с блокировкой. Внешние концентраторы «Осьминог» или «Кальмар» (каждая розетка находится на конце очень короткого кабеля, часто длиной около 2 дюймов (5 см)) или концентраторы «звезда» (каждый порт обращен в разном направлении, как показано на рисунке). ) полностью избежать этой проблемы.
Кабели USB ограничены длиной 3 метра (10 футов) для низкоскоростных устройств USB 1.1. Концентратор можно использовать в качестве активного повторителя USB для увеличения длины кабеля до 5 метров (16 футов) за раз. Активные кабели (специализированные однопортовые концентраторы со встроенными разъемами) выполняют ту же функцию, но, поскольку они питаются строго от шины, для некоторых сегментов, вероятно, потребуются USB-концентраторы с внешним питанием.
Многие концентраторы могут работать как с питанием от шины , так и с автономным питанием. Мощность равна напряжению, умноженному на ток. Порт USB, потребляющий ток 500 мА (0,5 А) при напряжении 5 В, потребляет мощность 2,5 Вт.
В USB-концентраторах с питанием от шины каждый USB-порт может подавать питание, а также передавать данные. Концентратор с автономным питанием получает питание от внешнего блока питания и, следовательно, может обеспечить полную мощность (до 500 мА) на каждый порт. Концентраторы с автономным питанием обычно дороже, чем USB-концентраторы без питания.
Концентраторы с автономным питанием могут питать высоковольтные устройства, такие как динамики, принтеры и сканеры. USB-концентраторы с автономным питанием обычно более громоздки и дороже, чем USB-концентраторы с питанием от шины.
На рынке существует множество не соответствующих требованиям хабов, которые объявляют себя хосту как автономные, несмотря на то, что на самом деле они питаются от шины. Точно так же существует множество не соответствующих требованиям устройств, которые потребляют ток более 100 мА, не сообщая об этом факте. Эти концентраторы и устройства действительно обеспечивают большую гибкость в использовании энергии (в частности, многие устройства потребляют ток гораздо меньше 100 мА, а многие порты USB могут подавать ток более 500 мА перед отключением при перегрузке), но они, вероятно, проблемы с питанием труднее диагностировать.
Некоторые концентраторы с автономным питанием не обеспечивают достаточной мощности для управления нагрузкой 500 мА на каждом порту. Например, многие семипортовые концентраторы имеют источник питания 1 А, хотя на самом деле семь портов могут потреблять максимум 7 * 0,5 = 3,5 А плюс мощность для самого концентратора. Разработчики предполагают, что пользователь, скорее всего, будет подключать множество маломощных устройств и только одно или два, требующие полных 500 мА. С другой стороны, на упаковке некоторых концентраторов с автономным питанием четко указано, сколько портов могут одновременно выдавать полную нагрузку в 500 мА. Например, корпус семипортового концентратора может утверждать, что поддерживает максимум четыре устройства с полной нагрузкой.
Пример расчета потребляемой мощности для многопортового USB-концентратора с портом USB PD и портом HDMI, подключенного к смартфону и HDMI:
Концентратор с питанием по шине получает всю энергию от USB- интерфейса главного компьютера . Ему не требуется отдельное подключение к электросети. Однако многим устройствам требуется больше энергии, чем может обеспечить этот метод, и они не будут работать в концентраторе этого типа. Может быть желательно использовать концентратор с питанием от шины с внешними жесткими дисками с автономным питанием, поскольку жесткий диск может не вращаться, когда компьютер выключается или переходит в спящий режим при использовании концентратора с автономным питанием, поскольку контроллер жесткого диска продолжал бы видеть источник питания на портах USB.
Все порты USB работают при напряжении 5 В, но могут потреблять или подавать разное количество электрического тока.
Электрический ток USB распределяется в единицах по 100 мА, но не более 500 мА на порт. Таким образом, совместимый концентратор с питанием от шины может иметь не более четырех нисходящих портов и не может обеспечивать в общей сложности более четырех единиц тока по 100 мА для нисходящих устройств (поскольку концентратору требуется один модуль для себя). Если устройству требуется больше единиц тока, чем может обеспечить порт, к которому оно подключено, операционная система обычно сообщает об этом пользователю.
Концентраторы с динамическим питанием — это концентраторы, которые могут работать как с питанием от шины, так и с автономным питанием. Они могут автоматически переключаться между режимами в зависимости от наличия отдельного источника питания или его отсутствия. Хотя переключение с питания от шины на работу с автономным питанием не обязательно требует немедленного повторного согласования с хостом, переключение с автономного питания на работу с питанием от шины может привести к сбросу USB-соединений, если подключенные устройства ранее запросили больше мощности, чем доступно по шине. режим питания.
Чтобы высокоскоростные устройства (USB 2.0) могли работать в самом быстром режиме, все концентраторы между устройствами и компьютером должны быть высокоскоростными. Высокоскоростные устройства должны вернуться к полной скорости (USB 1.1) при подключении к полноскоростному концентратору (или к старому полноскоростному порту компьютера). Хотя высокоскоростные концентраторы могут обмениваться данными на всех скоростях устройства, низкоскоростной и полноскоростной трафик объединяются и отделяются от высокоскоростного трафика с помощью транслятора транзакций . Каждый транслятор транзакций выделяет низкоскоростной трафик в свой собственный пул, по сути создавая виртуальную полноскоростную шину. В некоторых конструкциях используется один транслятор транзакций (STT), а в других — несколько трансляторов (MTT). Наличие нескольких трансляторов является существенным преимуществом при подключении нескольких высокоскоростных устройств с высокой пропускной способностью. [3]
Важно учитывать, что в обычном языке (и часто в маркетинге продуктов) USB 2.0 используется как синоним высокой скорости. Однако, поскольку спецификация USB 2.0, которая представила высокую скорость, включает в себя спецификацию USB 1.1, поэтому устройству USB 2.0 не требуется работать на высокой скорости, любое совместимое полноскоростное или низкоскоростное устройство все равно может быть помечено как Устройство USB 2.0. Таким образом, не все концентраторы USB 2.0 работают на высокой скорости.
USB 3.0 — третья основная версия стандарта универсальной последовательной шины (USB) для взаимодействия компьютеров и электронных устройств. Среди других улучшений в USB 3.0 добавлена новая скорость передачи данных, называемая SuperSpeed USB (SS), которая позволяет передавать данные со скоростью до 5 Гбит/с (625 МБ/с ), что примерно в 10 раз быстрее, чем стандарт USB 2.0 . Производителям рекомендуется отличать разъемы USB 3.0 от аналогов USB 2.0, используя синий цвет (Pantone 300C) [4] для розеток и вилок Standard-A, [5] и инициалы SS . [6]
USB 3.1 , выпущенный в июле 2013 года, является преемником стандарта, пришедшего на смену стандарту USB 3.0. USB 3.1 сохраняет существующую скорость передачи данных SuperSpeed , присваивая ему новое обозначение USB 3.1 Gen 1 , [7] [8] и одновременно определяя новый режим передачи SuperSpeed+ , называемый USB 3.1 Gen 2 [9] , который может передавать данные со скоростью до 10 Гбит/с. через существующие разъемы USB-type-A и USB-C (1250 МБ/с, что в два раза выше, чем у USB 3.0). [10] [11]
USB 3.2 , выпущенный в сентябре 2017 года, заменяет стандарт USB 3.1. Он сохраняет существующие режимы передачи данных USB 3.1 SuperSpeed и SuperSpeed+ и представляет два новых режима передачи данных SuperSpeed+ через разъем USB-C с использованием двухполосной работы со скоростью передачи данных 10 и 20 Гбит/с (1250 и 2500 МБ/с).
Каждый концентратор имеет ровно один восходящий порт и несколько нисходящих портов. Восходящий порт соединяет концентратор (напрямую или через другие концентраторы) с хостом. К нисходящим портам можно подключить другие концентраторы или устройства. Во время нормальной передачи концентраторы по существу прозрачны: данные, полученные от его восходящего порта, передаются всем устройствам, подключенным к его нисходящим портам (изображено в спецификации USB 2.0 на рис. 11–2, «Связность сигнализации концентратора»). Данные, полученные от нисходящего порта, обычно пересылаются только на восходящий порт. Таким образом, то, что отправляется хостом, принимается всеми концентраторами и устройствами, а то, что отправляется устройством, принимается хостом, но не другими устройствами (исключением является сигнализация возобновления). Маршрутизация нисходящего потока была изменена в USB 3.0 с добавлением маршрутизации «точка-точка»: строка маршрута, отправленная в заголовке пакета, позволяет хосту USB 3.0 отправлять нисходящий пакет только на один порт назначения, уменьшая перегрузку и энергопотребление. [12]
Концентраторы непрозрачны при изменении состояния нисходящих портов, например при установке или удалении устройств. В частности, если нисходящий порт концентратора меняет статус, это изменение учитывается во взаимодействии между хостом и этим концентратором; при этом любые концентраторы между хостом и «измененным концентратором» действуют как прозрачные.
С этой целью каждый концентратор имеет одну конечную точку прерывания «1 IN» (адрес конечной точки 1, направление от концентратора к хосту), используемую для сигнализации об изменениях состояния нисходящих портов. Когда кто-то подключает устройство, концентратор обнаруживает напряжение на D+ или D- и сигнализирует о подключении хосту через эту конечную точку прерывания. Когда хост опрашивает эту конечную точку прерывания, он узнает, что новое устройство присутствует. Затем он инструктирует концентратор (через канал управления по умолчанию) сбросить порт, к которому было подключено новое устройство. Этот сброс заставляет новое устройство принять адрес 0, и хост может затем взаимодействовать с ним напрямую; это взаимодействие приведет к тому, что хост назначит устройству новый (ненулевой) адрес. [13] [14]
Любой концентратор USB 2.0, поддерживающий более высокий стандарт, чем USB 1.1 (12 Мбит/с), будет выполнять преобразование между более низким стандартом и более высоким стандартом с помощью так называемого транслятора транзакций (TT). Например, если устройство USB 1.1 подключено к порту концентратора USB 2.0, то TT автоматически распознает и преобразует сигналы USB 1.1 в USB 2.0 в восходящем канале. Однако по умолчанию все устройства более низкого стандарта используют один и тот же транслятор транзакций и, таким образом, создают узкое место — конфигурацию, известную как транслятор единой транзакции . В результате были созданы трансляторы нескольких транзакций (Multi-TT), которые предоставляют больше трансляторов транзакций, что позволяет избежать узких мест. [15] Обратите внимание, что из-за особенностей концентраторов USB 3.0 имеется отдельная логика для данных USB 3.0 и 2.0, и поэтому они сообщают об устройстве-концентраторе для обоих протоколов.
В большинстве USB-концентраторов используются один или несколько встроенных контроллеров (ИС), несколько конструкций которых доступны от разных производителей. Большинство из них поддерживают систему концентраторов с четырьмя портами, но в отрасли также доступны концентраторы, использующие контроллеры концентраторов с 16 портами. [ нужна цитата ] Шина USB допускает семь каскадных уровней портов. Корневой концентратор — это первый уровень, а последние устройства находятся на седьмом уровне, что позволяет разместить между ними пять уровней концентраторов. Максимальное количество пользовательских устройств уменьшается на количество хабов. При подключении 50 концентраторов максимальное количество составляет 127 − 50 = 77 . [16]
отдельные выключатели питания портов
Большинство производителей ПК маркируют каждый USB-порт логотипом типа USB [...] логотип USB 2.0 представляет собой трезубец, а логотип USB 3.0 представляет собой аналогичный трезубец с прикрепленными буквами «SS» (что означает SuperSpeed).[ нужна проверка ]
